Nature：離 “量子互聯(lián)網(wǎng)” 又近一步！牛津大學證實分布式量子計算可行性

Grover搜索算法運行成功率71%

原標題：Nature：離 “量子互聯(lián)網(wǎng)” 又近一步！牛津大學證實分布式量子計算可行性
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牛津大學實現(xiàn)確定性量子門傳送：量子計算邁向新里程碑

量子通信技術(shù)取得重大突破！牛津大學研究人員在《Nature》雜志發(fā)表論文，報告了在兩米距離上實現(xiàn)確定性量子門傳送，保真度高達86%。這項研究為大規(guī)模量子計算和量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。

1. 分布式量子計算的需求

   大規(guī)模量子計算需要更高效的方案。分布式量子計算（DQC）通過光子網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可在不損害性能或量子比特連接性的前提下執(zhí)行大型量子電路，成為理想選擇。量子門傳送（QGT）技術(shù)是DQC的關(guān)鍵，它可以在網(wǎng)絡(luò)中的量子比特之間共享遠程糾纏，實現(xiàn)全互連的邏輯連接。然而，之前的QGT技術(shù)缺乏確定性和可重復性。

2. 突破：確定性量子門傳送

   牛津大學團隊的突破在于實現(xiàn)了高保真度確定性量子門傳送。他們設(shè)計的傳輸鏈路，成功率達71%地運行了Grover搜索算法，這是首次實現(xiàn)由多個非局域兩量子比特門組成的分布式量子算法。

3. 核心思路：利用量子糾纏

   該研究利用量子糾纏作為資源。兩個相距兩米的捕獲離子模塊（分別稱為Alice和Bob）分別儲存一個88Sr+離子（網(wǎng)絡(luò)量子比特）和一個43Ca+離子（電路量子比特及輔助量子比特）。通過交換光子建立Sr+離子之間的遠程糾纏，再利用此糾纏作為量子信道，結(jié)合局域操作和經(jīng)典通信，將邏輯門操作從一個模塊“傳送”到另一個模塊。

4. 遠程糾纏的建立

   通過激光激發(fā)Sr+離子并收集單光子，利用Bell態(tài)分析器進行Hong-Ou-Mandel干涉，實現(xiàn)糾纏交換。實驗中，平均7084次嘗試即可成功建立一次糾纏，遠程糾纏態(tài)保真度達96.89%。

5. 模塊內(nèi)的局域操作

   利用Raman激光脈沖，在Ca+電路量子比特和Sr+離子之間執(zhí)行局域CZ門操作，實現(xiàn)受控相位門，局域糾纏保真度超過99%。

6. 離子測量和經(jīng)典傳送

   對Sr+離子進行測量，并通過經(jīng)典信道交換測量結(jié)果。根據(jù)測量結(jié)果，對Ca+電路量子比特執(zhí)行條件單量子門操作，完成邏輯門傳送。經(jīng)典信道采用TTL信號線，延遲僅為25ns。

7. Grover搜索算法的成功運行

   該團隊構(gòu)建了基于量子門傳送的分布式量子線路，成功運行了Grover搜索算法，不同目標狀態(tài)的成功率達71%。

8. 實驗結(jié)果

   傳送CNOT門的保真度為86.2%，iSWAP門為70%，SWAP門為64%。量子存儲過程保真度高達98%以上。

9. 意義

   這項研究是量子計算的重大里程碑，雖然不同于科幻中的“傳送”，但它使我們更接近實用的量子網(wǎng)絡(luò)，為大規(guī)模量子計算和量子互聯(lián)網(wǎng)提供了可行的途徑。

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作者簡介：追蹤人工智能新趨勢，關(guān)注科技行業(yè)新突破