美新研究表明兩個(gè)硅量子比特實(shí)現四毫米距離通信

近日，美國普林斯頓大學(xué)研究人員在開(kāi)發(fā)硅基量子計算機硬件方面邁出了重要一步。他們成功地在相距4毫米的兩個(gè)硅自旋量子比特間實(shí)現了信息交換，證明硅量子比特可以在相對較遠距離間進(jìn)行通信。相關(guān)研究論文發(fā)表在25日的《自然》雜志上。 

量子計算機的計算能力遠超傳統計算機，這源于其應用的量子比特可以同時(shí)處在多個(gè)狀態(tài)。要實(shí)現大規模量子計算，未來(lái)的量子計算機需要有成千上萬(wàn)個(gè)可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開(kāi)發(fā)的原型量子計算機已經(jīng)擁有了數十個(gè)、甚至近百個(gè)量子比特。而許多技術(shù)專(zhuān)家認為，相較谷歌、IBM原型機使用的超導量子比特，從長(cháng)遠來(lái)看，基于硅的量子比特更有前途——其制造成本更低，保持量子態(tài)的時(shí)間也更長(cháng)。但硅自旋量子比特由單電子組成，非常小，如何在多個(gè)量子比特之間布線(xiàn)是大規模量子計算機面臨的一個(gè)主要挑戰。 

此次，普林斯頓大學(xué)教授杰森·佩塔帶領(lǐng)研究團隊證明，硅自旋量子位在計算機芯片上相距較遠時(shí)也可以相互作用，這為解決量子比特間的互連問(wèn)題奠定了基礎。 

為了實(shí)現硅自旋量子比特長(cháng)距離通信這一目標，研究團隊使用一個(gè)包含單個(gè)光子的狹窄空腔作為“導線(xiàn)”，連接兩個(gè)相距4毫米的量子比特。他們成功地調諧了兩個(gè)量子比特，同時(shí)將它們與光子耦合，最終實(shí)現兩個(gè)量子比特間的相互通信。 

4毫米看似很短，但換個(gè)角度，如將一個(gè)量子比特比做一所房子，這一距離的通信則意味著(zhù)一所房子在向750英里外的另一所房子發(fā)送消息。 

杰森·佩塔表示，在硅芯片上跨越4毫米傳輸信息的能力將賦予量子硬件更多新功能。從長(cháng)遠來(lái)看，他們的研究有助于改善芯片上以及各個(gè)芯片間的量子位元通信。 

并未參與該研究的斯坦福大學(xué)電氣工程學(xué)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于量子技術(shù)，如模塊化量子計算機和量子網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要，杰森·佩塔團隊的研究成果令人振奮。