作为一项仍处于萌芽阶段的技术，量子计算有望给各个领域带来革命性的变化，只要它能够克服可扩展性和错误恢复能力的挑战。可扩展性是指处理更大的任务，类似于打开大量窗口，但您的计算机不会减慢速度。弹性涉及保持可靠性，就像当你的手机掉落时它仍然可以工作。

如果光的粒子性质(称为光子的微小能量包)能找到答案呢?弗吉尼亚大学 Xu Yi，Charles L. Brown 电气与计算机工程系副教授，荣获国家科学基金会职业奖探索使用量子光学技术来尝试解决这两个问题。

诺贝尔奖获得者的量子见解

加州理工学院教授理查德·费曼 (Richard Feynman) 与朱利安·施温格 (Julian Schwinger) 和朝永伸一郎 (Shin’ichiro Tomonaga) 因其在量子电动力学方面的工作而获得 1965 年诺贝尔物理学奖。

在他的书《费曼先生，你肯定在开玩笑!》他被引述说：“该死的，自然不是经典的，如果你想模拟自然，你最好把它变成量子力学，天哪，这是一个很棒的问题，因为它看起来并不那么简单。”简单的。”

他和许多研究人员，包括同样来自加州理工学院的易，都认为，只有掌握了量子计算，有些问题才能得到解决。这是因为传统或经典计算由于其计算能力相对较小，只能测量问题的一小部分，并对其余问题进行有根据的猜测。量子计算可以分析巨大的数据集，例如人体系统内短时间内化学相互作用的无数可能性。

但事实证明费曼是对的，这并不那么容易。

应用量子计算

药物开发是量子计算如何应用于量子问题的一个很好的例子。在制药行业，开发一种新药通常需要 10 多年的时间，因为不可能知道药物分子将如何表现以及它们将如何与体内原子相互作用。这种相互作用是量子力学的。一旦大规模量子计算成为现实，这个问题就有可能通过“逼真”量子力学模拟来解决。量子计算机将有可能能够处理大量数据和超复杂算法，从而推断出整个系统的实际工作原理，而无需倾斜。

科学家将能够更快、更高效地开发新药，并可能减少新药研发支出。目前，有些药物价格昂贵，人们买不起，有些药物不在保险范围内，这限制了受益者。

提高药品供应量可能显着影响健康公平。

我们现在在哪里

量子计算友好的硬件和先进算法等最新发展为量子计算的可行性做出了巨大贡献，但该技术仍被认为是新兴技术。要发挥量子计算的全部功能和可行性，必须解决两个问题：提高可扩展性并保持大规模的稳定性(或准确性)。

而量子计算领跑者如IBM和Google 使用超导电路作为处理器来操纵和存储量子信息，用于构建这些组件的金属材料在计算中提供了太多出错的机会。争论量子位是量子信息的组成部分，依赖于管理概率和纠缠等量子方面，这比管理传统计算的 1 和 0 困难得多。由于这些挑战，利用半导体技术扩展量子计算的进展极其缓慢。

利用光的力量

这就是为什么 Yi 的目标是利用光(光子)的特性来大大减少量子操作所需的物理组件的数量。

如果谷歌和 IBM 想要一千个量子比特，他们就需要一千个物理单元。每次他们尝试添加更多单位时，出错的机会就会成倍增加。

一个很好的类比是光纤通信使用不同波长来传输信息的方式。当带宽增加时，所有波长仍然在同一光纤内传播。一根光纤可以支持数千个波长。易和他的团队采纳了这个想法并将其应用于量子计算。

他的工作使用的光学组件可以支持数百数千个波长消息 - 与一对一的要求相去甚远半导体。 Yi 的系统使用更少的组件，大大减少了出错的机会，同时提供了扩展工具。

从桌面到芯片级

光子量子计算最初由 UVA 物理学教授Oliver Pfister于 10 多年前在桌面上使用不同的技术开发出来量子力学中的波色。他已经证明他可以将多达 3,000 个不同的光子量子位(技术上称为模式)纠缠在一起。

但纠缠——让光子以量子方式相互关联——与计算不同，这只是第一步。在 Yi 的帮助下，Pfister 的 3,000 量子位原型有可能超越 IBM 的顶级计算量子位数量 1,121。

创建可用的光子量子方法意味着将所有光子机械设备从桌面缩小到芯片大小。缩小所有机械设备的尺寸可以减少误差范围，因为波长的传播距离更短，并且在更小的空间中控制计算更容易。

医疗保健的巨大飞跃

当 Yi 能够在芯片规模上证明与 Pfister 在桌面规模上证明的纠缠能力相同时，他将开始控制计算波长，然后进行扩展和扩展。

当他们走到这一步时，人类化学和全系统生物模拟可能指日可待。