城域量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)突破

科技日?qǐng)?bào)2024年5月15日?qǐng)?bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)物理學(xué)家演示了突破性城域量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。他們使用波士頓地區(qū)現(xiàn)有的電信光纖，展示了在兩個(gè)量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間，迄今最長(zhǎng)的光纖距離。可以把它想象成A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的一個(gè)簡(jiǎn)單、封閉的互聯(lián)網(wǎng)，它攜帶的信號(hào)不像現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)那樣由經(jīng)典比特編碼，而是由完全安全的單個(gè)光粒子編碼的。該成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)將兩個(gè)量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)糾纏在一起，建立了第一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)用結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)量子存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)由光纖鏈路分開，部署在穿過(guò)劍橋、薩默維爾、沃特敦和波士頓的大約35公里的環(huán)路上。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)非常小的量子計(jì)算機(jī)，由金剛石制成。其原子結(jié)構(gòu)中有一個(gè)缺陷，稱為硅空位中心。在金剛石內(nèi)部，比人類頭發(fā)絲寬度的百分之一還小的雕刻結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了硅空位中心與光之間的相互作用。

硅空位中心包含兩個(gè)量子比特：一個(gè)以電子自旋的形式用于通信，另一個(gè)以壽命較長(zhǎng)的核自旋形式來(lái)存儲(chǔ)糾纏。兩種自旋都可通過(guò)微波脈沖完全控制。這些金剛石設(shè)備只有幾毫米見方，安裝在制冷裝置內(nèi)，溫度達(dá)-272.78 ℃。

使用硅空位中心作為單光子量子存儲(chǔ)器件的技術(shù)，解決了量子互聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)主要問題：信號(hào)丟失?；诠杩瘴恢行牡木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可捕獲、存儲(chǔ)和糾纏量子信息位，同時(shí)可糾正信號(hào)丟失。將節(jié)點(diǎn)冷卻到接近絕對(duì)零度后，光通過(guò)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，并且由于原子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，與該節(jié)點(diǎn)糾纏在一起。由于光已經(jīng)與第一個(gè)節(jié)點(diǎn)糾纏在一起，它可將這種糾纏轉(zhuǎn)移到第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，這被稱為光子介導(dǎo)的糾纏傳遞。

研究人員已將他們的演示網(wǎng)絡(luò)安裝在現(xiàn)有光纖上，這表明，創(chuàng)建具有類似網(wǎng)絡(luò)線路的量子互聯(lián)網(wǎng)是可能的。

過(guò)去已創(chuàng)建過(guò)其他量子網(wǎng)絡(luò)，但此次量子網(wǎng)絡(luò)是可存儲(chǔ)、處理和移動(dòng)信息的設(shè)備之間最長(zhǎng)的光纖網(wǎng)絡(luò)。本研究中的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可應(yīng)用在非常繁忙的城市或其他現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中，是邁向量子計(jì)算機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)的重要一步。但二節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)開始，科學(xué)家還要努力通過(guò)添加節(jié)點(diǎn)和試驗(yàn)更多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)擴(kuò)展其網(wǎng)絡(luò)性能。

（來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)）