两个硅量子比特可以在相对较远距离内通信

huatouzhu

转载自中国科技网

美国普林斯顿大学研究人员在开发硅基量子计算机硬件方面迈出了重要一步。他们成功地在相距4毫米的两个硅自旋量子比特间实现了信息交换，证明硅量子比特可以在相对较远距离间进行通信。相关研究论文25日在线发表在《自然》杂志上。

量子计算机的计算能力远超传统计算机，这源于其应用的量子比特可以同时处在多个状态。要实现大规模量子计算，未来的量子计算机需要有成千上万个可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM开发的原型量子计算机已经拥有了数十个甚至近百个量子比特。而许多技术专家认为，相较谷歌、IBM原型机使用的超导量子比特，从长远来看，基于硅的量子比特更有前途，其制造成本更低，保持量子态的时间也更长。但硅自旋量子比特由单电子组成，非常小，如何在多个量子比特之间布线是大规模量子计算机面临的一个主要挑战。

此次，普林斯顿大学教授杰森·佩塔带领研究团队证明，硅自旋量子位在计算机芯片上相距较远时也可以相互作用，这为解决量子比特间的互连问题奠定了基础。

为了实现硅自旋量子比特长距离通信这一目标，研究团队使用一个包含单个光子的狭窄空腔作为“导线”，连接两个相距4毫米的量子比特。他们成功地调谐了两个量子比特，同时将它们与光子耦合，最终实现两个量子比特间的相互通信。4毫米，看似很短，但换个角度，如将一个量子比特比做一所房子，这一距离的通信则意味着一所房子在向750英里外的另一所房子发送消息。

杰森·佩塔表示，在硅芯片上跨越4毫米传输信息的能力将赋予量子硬件更多新功能。从长远来看，他们的研究有助于改善芯片上以及各个芯片间的量子位元通信。

并未参与该研究的斯坦福大学电气工程学教授叶莲娜·武科维奇评论指出，证明量子比特之间的远程相互作用对于量子技术，如模块化量子计算机和量子网络的进一步发展至关重要，杰森·佩塔团队的研究成果令人振奋。

2019年是量子计算屡现突破的一年。除了众人瞩目的谷歌量子霸权，年初时，IBM也发布了名为“IBM Q系统1”、据称可商用的量子计算模型，被称为“世界上第一个专为科学和商业用途而设计的、全集成通用量子计算系统”。不过，也有观点认为，该量子计算机仍然是一种实验设备，或者说仍属于原型机。而本文的研究成果，就可为原型机解决量子比特间的互连问题搭建了桥梁，也允许人们进一步开发在将来可发挥更大用处的模型。