美國陸軍研究實驗室（英語：Army Research Laboratory，簡稱ARL）是美國陸軍的企業研究實驗室。該研究室與麻省理工學院合作，最近率先證明了由光子電路和光學晶體組成的量子邏輯門的可行性。他們的研究結果發表在最近的《物理評論快報》上。
研究人員預測，在大約十年後，不再需要極端低溫才能起作用的量子計算機電路將成為現實。
多年來，在室溫下運行的固態量子技術似乎遙不可及。儘管具有光學非線性的透明晶體的應用已經成為實現這一里程碑的最可能途徑，但這種系統的合理性始終是個問題。
現在，科學家正式證實了這種方法的有效性。研究人員說：“如果未來使用量子技術的設備將需要冷卻到非常冷的溫度，那麼這將使它們變得昂貴、笨重且耗電。” “我們的研究旨在開發未來的光子電路，該電路將能夠在室溫下操縱量子器件所需的糾纏。”
量子技術在計算、通信和遙感領域提供了一系列未來的進步。為了完成任何類型的任務，傳統的經典計算機都使用完全確定的信息。信息存儲在許多位中，每個位可以打開或關閉。當給定由多個位指定的輸入時，經典計算機可以處理該輸入以產生答案，該答案也以多個位給出。經典計算機一次處理一個輸入。
相反，量子計算機將信息存儲在量子位中，而量子位可能處於奇怪的狀態，即它們同時處於打開和關閉狀態。這使得量子計算機可以同時探索許多輸入的答案。儘管它不能一次輸出所有答案，但可以輸出這些答案之間的關係，這使其比傳統計算機更快地解決了一些問題。
不幸的是，量子系統的主要缺點之一是量子位的奇特狀態的脆弱性。量子技術的大多數預期硬件必須保持在極低的接近開爾文零度的溫度下，以防止特殊狀態因與計算機環境的相互作用而被破壞。
研究人員說：“量子位與環境中任何其他分子的任何相互作用都將會扭曲其量子態。” “例如，如果環境是顆粒氣體，那麼將其保持在非常冷的狀態會使氣體分子緩慢移動，因此它們不會像撞到量子電路那樣多。”
研究人員已做出各種努力來解決這個問題，但尚未找到確切的解決方案。目前，結合非線性光學晶體的光子電路目前已成為在室溫下使用固態系統進行量子計算的唯一可行途徑。
研究人員說：“光子電路有點像電子電路，只是它們操縱光而不是電信號。” “例如，我們可以在透明材料中形成光子將向下傳播的通道，就像電信號沿導線傳播一樣。”
與使用離子或原子存儲信息的量子系統不同，使用光子的量子系統可以繞過低溫限制。但是，光子仍必須與其他光子相互作用才能執行邏輯運算。這是非線性光學晶體發揮作用的地方。
研究人員可以在晶體中製造出空腔，以將光子暫時捕獲在內部。通過這種方法，量子系統可以建立一個量子位可以保持的兩個不同的可能狀態：一個帶光子的腔（打開狀態）和一個不帶光子的腔（關閉狀態）。這些量子位然後可以形成量子邏輯門，從而為奇特狀態創建框架。
換句話說，研究人員可以使用光子是否在晶體腔中的不確定狀態來表示量子位。邏輯門共同作用於兩個量子位，並且可以在它們之間產生“量子糾纏”。這種糾纏是在量子計算機中自動生成的，是量子方法在傳感中的應用所必需的。
但是，直到現在，科學家們還是基於完全基於推測的想法，使用非線性光學晶體來製造量子邏輯門。儘管它顯示出巨大的希望，但仍然懷疑這種方法是否可能導致實際的邏輯門。
直到該研究小組提出了一種使用已建立的光子電路組件通過這種方法實現量子邏輯門的方法之前，非線性光學晶體的應用一直受到人們的質疑。
研究人員說：“問題是，如果一個光子在一個通道中傳播，那麼該光子就會有一個具有一定形狀的'波包'。” “對於量子門，需要光子波包在門操作後保持不變。由於非線性會使波包變形，所以問題是是否可以將波包加載到腔中，讓它們通過非線性相互作用，然後再次發射光子，以使它們具有與開始時相同的波包。”
一旦他們設計了量子邏輯門，研究人員就對門的操作進行了許多計算機模擬，以證明它在理論上可以正常運行。研究人員說，用這種方法實際構建量子邏輯門首先需要對某些光子組件的質量進行重大改進。
研究人員說：“根據過去十年取得的進展，我們預計大約需要十年才能實現必要的改進。” “但是，使用當前的實驗技術，我們應該能夠實現不失真地加載和發射波包的過程，因此，這是我們下一步將要進行的實驗。”
