“经典计算机处理的经典比特，一次只能处理某一个数据，而将来量子计算机在处理量子比特时，可以处于多个数据的相干叠加状态，具有强大的并行计算优势。”汪喜林这样形容，“操纵N个量子比特的量子计算机，原理上可以对2的N次方个数据同时进行数学运算，相当于经典计算机重复实施2的N次方次操作。”
对数据的处理可以实现运算的并行，运算速度会大大提高，同时，量子计算的速度会随着实验可操纵的纠缠比特数的增加而呈指数级提升。多个量子比特的相干操纵和纠缠态制备是发展可扩展量子信息技术，特别是量子计算的最核心指标，量子计算需用到多个光量子比特纠缠，数量越多越好。
然而，下一步要实现更多个量子比特的纠缠，需进行高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特间相互作用的精确调控。但随着量子比特数的增加，操纵带来的噪声、串扰和错误也随之增加。这对量子体系的设计、加工和调控要求极高，对量子纠缠和量子计算的发展构成了巨大挑战。
怎么缓解上述问题，达到提升量子比特纠缠数的目标，研究团队近期把重点放在了光子的多个自由度的调控方法上。“比如，1个光子过去往往用于编码1个量子比特，10个光量子比特的纠缠就需要10个光子。如让光量子比特纠缠数目提升，就要把光子数再往上提升，但这难度太大了。我们现在就在想，能不能用每个光子编码多个光量子比特。”汪喜林解释，现在通过操纵一个光子的偏振、路径和轨道角动量等多种自由度，让一个光子编码3个光量子比特，这样6个光子就能编码18个光量子比特，实现18个光量子比特的纠缠，同时有效缓解了因光子数增加而可能带来的种种问题。
未来量子计算机可应用于需要大规模计算的科学难题
“量子比特纠缠的数目越大，可实现的量子计算的能力就越强。”团队负责人介绍，他们希望通过未来3年到5年努力，在量子计算方面能实现约50个纠缠量子比特的相干操纵，使其计算能力在某些特定问题的求解上，媲美或超越目前最好的经典超级计算机。