很近但又很遠 科學家這樣實現量子通信

2020-12-02 新華社客戶端

美國普林斯頓大學研究人員在開發矽基量子計算機硬體方面邁出了重要一步。他們成功地在相距4毫米的兩個矽自旋量子比特間實現了信息交換，證明矽量子比特可以在相對較遠距離間進行通信。相關研究論文發表在25日的《自然》雜誌上。

量子計算機的計算能力遠超傳統計算機，這源於其應用的量子比特可以同時處在多個狀態。要實現大規模量子計算，未來的量子計算機需要有成千上萬個可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開發的原型量子計算機已經擁有了數十個、甚至近百個量子比特。而許多技術專家認為，相較谷歌、IBM原型機使用的超導量子比特，從長遠來看，基於矽的量子比特更有前途——其製造成本更低，保持量子態的時間也更長。但矽自旋量子比特由單電子組成，非常小，如何在多個量子比特之間布線是大規模量子計算機面臨的一個主要挑戰。

此次，普林斯頓大學教授傑森·佩塔帶領研究團隊證明，矽自旋量子位在計算機晶片上相距較遠時也可以相互作用，這為解決量子比特間的互連問題奠定了基礎。

為了實現矽自旋量子比特長距離通信這一目標，研究團隊使用一個包含單個光子的狹窄空腔作為「導線」，連接兩個相距4毫米的量子比特。他們成功地調諧了兩個量子比特，同時將它們與光子耦合，最終實現兩個量子比特間的相互通信。

4毫米看似很短，但換個角度，如將一個量子比特比做一所房子，這一距離的通信則意味著一所房子在向750英裡外的另一所房子發送消息。

傑森·佩塔表示，在矽晶片上跨越4毫米傳輸信息的能力將賦予量子硬體更多新功能。從長遠來看，他們的研究有助於改善晶片上以及各個晶片間的量子位元通信。

並未參與該研究的史丹福大學電氣工程學教授葉蓮娜·武科維奇評論指出，證明量子比特之間的遠程相互作用對於量子技術，如模塊化量子計算機和量子網絡的進一步發展至關重要，傑森·佩塔團隊的研究成果令人振奮。

總編輯圈點

2019年是量子計算屢現突破的一年。除了眾人矚目的谷歌量子霸權，年初時，IBM也發布了名為「IBM Q系統1」、據稱可商用的量子計算模型，被稱為「世界上第一個專為科學和商業用途而設計的、全集成通用量子計算系統」。不過，也有觀點認為，該量子計算機仍然是一種實驗設備，或者說仍屬於原型機。而本文的研究成果，就可為原型機解決量子比特間的互連問題搭建橋梁，也允許人們進一步開發在將來可發揮更大用處的模型。（劉海英）

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