光量子计算技术手册 离散变量与连续变量深度解析

光量子计算技术手册：离散变量与连续变量深度解析

核心结论：光量子计算以光子为信息载体，利用室温运行与长相干时间的工程优势，通过离散变量（单光子）与连续变量（压缩态）两条并行路径实现量子信息处理。前者在有限维希尔伯特空间编码，逻辑门保真度高但扩展受限于概率性纠缠；后者在无限维相空间编码，可确定性生成大规模纠缠但需非高斯操作实现通用计算。

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1. 光量子计算总体定位

1.1 为什么选择光作为量子信息的载体

1.1.1.1 光子的独特物理优势

我们每天都在接触光，但很少思考一个根本问题：为什么量子计算领域会把光子捧上核心舞台？想象一个分拣流水线，每个包裹代表一个量子比特。超导量子计算需要把整条流水线浸入接近绝对零度的液氦中，离子阱需要把悬浮在真空腔里的离子用激光牢牢锁定。而光量子计算呢？光子天生就是"飞行比特"，它不需要极低温，不需要超高真空，甚至可以在室温下自由穿行。这听起来抽象对吧？别急，我们把光子想象成一位自带保温箱的快递员，它从产生到探测的全程几乎不与环境发生热交换，这种极弱的相互作用赋予了光子超长的相干时间——在光纤中传输数公里后量子态依然完好。

对于已有经验者，这相当于经典通信中的光纤通信直接升级：光子作为玻色子，其量子态在传播过程中遵循薛定谔方程自由演化，环境退相干主要由散射损耗与相位漂移主导，而这两项在1550nm通信波段已被经典光通信工业优化到极致。2025年2月，北京大学与山西大学联合团队在全球首例集成