我國科學家實現(xiàn)跨越7公里的分布式光量子計算
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】分布式光量子計算是一種利用多個量子計算節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)算力資源共享的計算模式。隨著量子比特的增加，傳統(tǒng)的單臺量子計算機面臨著信號串擾、布線、制冷等技術(shù)限制，難以滿足大規(guī)模計算任務(wù)的需求。而分布式量子計算通過將計算任務(wù)分散到多個量子計算節(jié)點上，利用量子糾纏和隱形傳送等量子通信手段，實現(xiàn)節(jié)點間的協(xié)同計算，從而大幅提升計算效率。然而，非局域量子門之前僅在數(shù)十米的尺度下實現(xiàn)實驗演示，無法滿足在大尺度量子網(wǎng)絡(luò)中整合算力資源的需求。
近日，中國科大郭光燦院士團隊在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要進展。該團隊李傳鋒、周宗權(quán)、柳必恒等人基于多模式固態(tài)量子存儲和量子門隱形傳送協(xié)議在合肥市區(qū)實現(xiàn)了跨越7公里的非局域量子門，并演示了分布式的Deutsch-Jozsa算法及量子相位估計算法。這項研究標志著首次在城市距離上實現(xiàn)了分布式光量子計算的演示，為規(guī)?；孔佑嬎愕膶崿F(xiàn)提供了新思路。
研究團隊基于量子門隱形傳送協(xié)議來建立兩個量子節(jié)點之間的非局域量子門。兩個量子節(jié)點之間的直線距離為7公里。在研究過程中，團隊首先在兩個量子節(jié)點間使用通信波段光子和專線光纜進行量子糾纏態(tài)的遠程分發(fā)。隨后，兩個節(jié)點分別執(zhí)行本地的兩比特量子門操作。為了支持兩個遠距離節(jié)點間的量子通信與同步，團隊采用了摻銪硅酸釔晶體材料，實現(xiàn)了糾纏態(tài)的長時間存儲。實驗結(jié)果表明，兩個節(jié)點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88.7%。
此外，固態(tài)量子存儲器的糾纏存儲時間達到了80.3微秒，相比前人工作提升近2倍，并且糾纏存儲的時間模式數(shù)達到了1097個，使得非局域量子門的生成速率獲得了線性的提升?；诜蔷钟蛄孔娱T，研究團隊進一步在兩個遠程節(jié)點間演示了兩比特的多伊奇—喬薩算法以及量子相位估計算法，成功實現(xiàn)了量子算法的遠程分布式執(zhí)行。
這一成果不僅展示了基于量子存儲和通信光纜構(gòu)建分布式量子計算網(wǎng)絡(luò)的可行性，還為規(guī)?；孔佑嬎愕膶崿F(xiàn)提供了新思路。分布式光量子計算不僅有望突破單臺量子計算機的技術(shù)限制，還能通過整合多個量子計算節(jié)點的算力資源，實現(xiàn)更強大的計算能力。
未來，隨著量子通信和量子計算技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式光量子計算有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如密碼學、材料科學、藥物研發(fā)等。它將為人類解決復(fù)雜問題提供新的方法和手段，推動科學技術(shù)的進步和發(fā)展。
相關(guān)研究成果Nonlocal photonic quantum gates over 7.0 km于近日發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》上。
參考資料來源：中國科學技術(shù)大學
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