美国橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员已经展示了一种基于频率的量子计算方法。研究人员在不同频率光子上编码的两个量子比特上同时进行了两次不同的独立操作。量子比特是量子信息中的最小单位。

美国橡树岭国家实验室研究团队表示，量子科学家已经能够使用频率编码量子比特在两个量子比特上并行执行单个操作，但还无法进行两次不同的操作。据研究人员称，进行相干量子频率操作十分具有挑战性，因为很难任意混合频率和低噪声。研究科学家Pavel Lougovski称：“要实现通用量子计算，需要能够同时在不同的量子位上进行不同的操作，这就是我们目前正在做的工作”。

美国橡树岭国家实验室的量子信息科学小组的研究科学家（左起）Brian Williams，Joseph Lukens，Pavel Lougovski和Nicholas Peters。科学家们展示了在两个量子比特上进行两个同时操作，这是一种代表量子计算构建模块的新功能。图片来源：美国能源部Carlos Jones/美国橡树岭国家实验室。

该团队在他们的实验中使用了包含在单股光纤中的两个纠缠光子。因为光子穿过了同一装置，所以保持了对光子的稳定性和控制。实验团队的研究员Brian Williams表示：“当光子在设备中通过率不同的路径时，它们会经历不同的相位变化，从而导致光子的不稳定”。

研究人员在光纤中的两个纠缠频率二值量子位上并行实现了不同的量子门。该团队的量子频率处理器允许操纵光子的频率以实现叠加，即允许量子计算机同时执行操作的状态。通过这种量子操作，研究人员能够控制相邻频谱之间的频谱重叠，观察频率干扰，并展示了97％的干扰可见度（即衡量两个光子的相似程度）。这些结果表明光子的量子态实际上是相同的。通过将这种可调性与频率并行化相结合，研究人员能够在纠缠的量子比特上合成独立的门。

研究人员应用贝叶斯推理（一种与机器学习相关的统计方法）来确认量子处理器上的操作是以高保真度和绝对控制完成的。研究员Joseph Lukens表示：“许多研究人员正在谈论用光子进行量子信息处理，但是没有人想过在同一个空间内通过相同的光纤发送多个光子，并以不同的方式对它们进行操作。”

Lukens表示：“我们团队的结果证明我们可以控制量子比特的量子态，改变它们的相关性，并使用标准电信技术以适用于推进量子计算的方式对其进行修改。一旦量子计算机的构建块到位，我们就能够开始连接量子器件来构建量子互联网，这是下一个令人兴奋的步骤。”该团队认为，利用现有的光纤网络基础设施是切实可行的，用户定义的门可用于开发光纤兼容的量子信息处理和量子网络。

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