城域量子計算機網絡實現突破

科技日報2024年5月15日報道，美國哈佛大學物理學家演示了突破性城域量子計算機網絡。他們使用波士頓地區現有的電信光纖，展示了在兩個量子存儲節點之間，迄今最長的光纖距離。可以把它想象成A點和B點之間的一個簡單、封閉的互聯網，它攜帶的信號不像現有的互聯網那樣由經典比特編碼，而是由完全安全的單個光粒子編碼的。該成果發表在最新一期《自然》雜志上。

團隊通過將兩個量子存儲節點糾纏在一起，建立了第一個量子互聯網的實用結構。這兩個量子存儲節點由光纖鏈路分開，部署在穿過劍橋、薩默維爾、沃特敦和波士頓的大約35公里的環路上。

每個節點都是一個非常小的量子計算機，由金剛石制成。其原子結構中有一個缺陷，稱為硅空位中心。在金剛石內部，比人類頭發絲寬度的百分之一還小的雕刻結構增強了硅空位中心與光之間的相互作用。

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

使用硅空位中心作為單光子量子存儲器件的技術，解決了量子互聯網中的一個主要問題：信號丟失。基于硅空位中心的網絡節點可捕獲、存儲和糾纏量子信息位，同時可糾正信號丟失。將節點冷卻到接近絕對零度后，光通過第一個節點發送，并且由于原子結構的性質，與該節點糾纏在一起。由于光已經與第一個節點糾纏在一起，它可將這種糾纏轉移到第二個節點，這被稱為光子介導的糾纏傳遞。

研究人員已將他們的演示網絡安裝在現有光纖上，這表明，創建具有類似網絡線路的量子互聯網是可能的。

過去已創建過其他量子網絡，但此次量子網絡是可存儲、處理和移動信息的設備之間最長的光纖網絡。本研究中的量子網絡節點，可應用在非常繁忙的城市或其他現實世界環境中，是邁向量子計算機之間網絡的重要一步。但二節點量子網絡只是一個開始，科學家還要努力通過添加節點和試驗更多網絡協議來擴展其網絡性能。

（來源：科技日報）