能不能用量子通信網(wǎng)連接多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，讓它們遠(yuǎn)程凝聚出“超級(jí)量子算力”？日前，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)、柳必恒等人，基于多模式固態(tài)量子存儲(chǔ)和量子門隱形傳送協(xié)議，在安徽合肥市區(qū)實(shí)現(xiàn)跨越7公里的非局域量子門。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《自然·通訊》上。
量子計(jì)算是當(dāng)前國(guó)際科技前沿的重要領(lǐng)域。發(fā)展量子計(jì)算的一個(gè)思路是在一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多的量子比特，但隨著量子比特的增加，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)串?dāng)_以及布線、制冷等方面的技術(shù)限制。因此，研制多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，讓它們遠(yuǎn)程互聯(lián)合力實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算，已成為近年來(lái)量子計(jì)算研究的新思路。然而，分布式量子計(jì)算存在一系列技術(shù)難點(diǎn)，之前的非局域量子門運(yùn)算只能在數(shù)十米距離中實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿足在大尺度量子網(wǎng)絡(luò)中整合算力資源的需求。
研究團(tuán)隊(duì)基于量子門隱形傳送協(xié)議，建立兩個(gè)量子節(jié)點(diǎn)之間的非局域量子門，這兩個(gè)量子節(jié)點(diǎn)分別位于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)東校區(qū)和合肥市大蜀山東側(cè)，之間的直線距離為7公里。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的光子之間完成了兩比特非局域量子門操作，其中受控非門的保真度達(dá)88.7%。固態(tài)量子存儲(chǔ)器的糾纏存儲(chǔ)時(shí)間相比之前提升近2倍，并且糾纏存儲(chǔ)的時(shí)間模式數(shù)達(dá)1097個(gè)，使得非局域量子門的生成速率獲得了線性提升。基于非局域量子門，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了量子算法的遠(yuǎn)程分布式執(zhí)行。
研究人員介紹，該研究首次在城市距離上實(shí)現(xiàn)分布式光量子計(jì)算演示，展示了基于量子存儲(chǔ)和通信光纜構(gòu)建分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的可行性，為實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子計(jì)算提供了新思路。
《自然·通訊》雜志審稿人對(duì)此成果給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為“該研究在實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)方面取得了重要進(jìn)展，它開(kāi)辟了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)方向去實(shí)現(xiàn)分布式量子信息處理”。（記者丁一鳴、常河）