一种新设备支持远程纠缠，允许远程量子处理器以更低的错误率相互通信。

（图片来源：da-kuk/Getty Images）

研究人员创造了一种允许量子处理器直接相互通信的设备——这是开发实用量子计算机的重要一步。这可能意味着处理器之间的通信更快且更不容易出错。

现有的量子体系结构仅在单独的量子处理单元 （QPU） 之间提供有限的通信。这种通信是“点对点的”，这意味着信息在到达目的地之前必须跨多个节点在链中传输。这增加了量子信息暴露于噪声的可能性，并且更有可能发生错误。

然而，麻省理工学院科学家开发的新设备允许“多对多”通信，因此单个网络中的所有处理器都可以直接与任何其他处理器通信。研究人员在 3 月 21 日发表在《自然物理学》（Nature Physics） 杂志上的一项新研究中概述了他们的“远程纠缠”方法。

远程纠缠是两个粒子共享相同状态的状态，其中一个粒子的更改会自动影响另一个粒子。两者之间的距离可能很远，目前没有已知的限制。

在测试中，研究人员通过模块连接了两个量子处理器，每个模块包含四个量子比特。每个模块中的一些量子比特的任务是发送光子，即可用于传输量子数据的光粒子，而其他量子比特则被分配用于存储数据。

这些模块通过称为波导的超导线连接在一起，这些模块用作大型量子处理器和波导之间的接口。科学家们表示，可以通过这种方式连接任意数量的处理器，从而创建一个高度可扩展的网络。

然后，研究人员使用微波脉冲激发单个量子比特，使其穿过波导向任一方向发射光子。

“投掷和捕捉光子使我们能够在非本地量子处理器之间创建量子互连，而量子互连带来了远程纠缠，”该研究的资深作者、麻省理工学院电子研究实验室副主任 William D. Oliver 在一份声明中说。

光子畸变

纠缠是两个粒子连接起来并共享信息的状态，即使在很远的距离也是如此。一个纠缠粒子的变化将立即影响其伙伴。这是量子计算的一个关键现象，因为它允许量子比特相互关联并充当单个系统。反过来，这让我们可以创建经典计算机无法实现的算法。

但是，仅在模块之间来回移动光子并不会自动产生纠缠。为了实现这一目标，该团队必须专门准备量子比特和光子，以便在传输后，这两个模块共享一个光子。

为了迫使两个模块共享同一个光子，它们必须在中点中断光子发射脉冲。这基本上意味着一半的光子在接收端被吸收，而另一半被发射模块保留。

这种方法的问题在于，光子在穿过波导时会变形，这会影响吸收并中断纠缠。为了克服架构中的这个缺陷，该团队不得不扭曲光子以促进最大吸收。通过在传输之前扭曲光子，他们能够将吸收水平提高到 60%，足以确保缠结。

该研究的主要作者、电气工程和计算机科学研究生 Aziza Almanakly 表示，这项工作广泛适用于实际的量子计算应用。

“原则上，我们的远程纠缠生成协议也可以扩展到其他类型的量子计算机和更大的量子互联网系统，”Almanakly 说。