科技日報記者 張佳欣
美國麻省理工學院研究人員開發了一款支持“全對全”通信的新型互連設備，可使網絡中的所有超導量子處理器都能直接相互通信。他們利用這一設備展示了遠程糾纏，為構建大規模、分布式量子計算網絡奠定了基礎，也為未來的量子互聯網提供了關鍵技術支持。這項研究3月21日發表在《自然·物理學》雜志上。
當前用于連接超導量子處理器的架構采用“點對點”連接方式，其網絡節點之間多次傳輸易導致錯誤率累積。
研究人員此前曾開發了一種量子計算模塊，能夠雙向發送信息光子。此次研究中，他們進一步將兩個這樣的模塊連接到波導上，實現了光子的定向發射與高效吸收。
每個模塊由4個量子比特組成，這些量子比特負責與傳輸光子的波導進行交互，并將信息傳遞給更大的量子處理器。研究人員通過一系列微波脈沖，向量子比特注入能量，使其發射攜帶量子信息的光子。精確控制這些脈沖的相位，能夠產生量子干涉效應，使光子按照指定方向傳播。此外，通過對脈沖進行時間反演，研究人員可確保遠端模塊中的量子比特吸收光子。
像這樣“投擲”和“接收”光子，研究人員能在非本地量子處理器之間創建“量子互連”，從而實現遠程糾纏。即使光子本身已經消失，兩個相距甚遠的量子比特仍然存在量子關聯，使人們能進行并行量子計算操作。
遠程糾纏是開發強大、分布式量子處理器網絡的關鍵一步。為提高遠程糾纏的成功率，研究人員進行了一項關鍵創新。他們開發了一種強化學習算法，對光子進行“預失真”處理，盡可能減少其在傳輸過程中的損耗，從而提高吸收效率。最終，他們將光子吸收效率提升60%以上，足以保證最終狀態是高保真度的糾纏態。
該成果不僅適用于超導量子系統，其遠程糾纏協議原則上可擴展至其他量子計算平臺，為量子互聯網發展提供了重要硬件支撐。
