科学家首次实现量子计算机之间的隐形传态

量子计算的承诺伴随着一个问题：您加载到单台机器中的量子比特越多，它们就越难保持一致。科学家们已经尝试过屏蔽、纠错，甚至将量子比特堆叠在一起，但稳定性不断从他们的指尖溜走。

现在，一个新的演示指向了一种不同的策略——将工作负载分散到几个小型处理器上，并让量子隐形传态将它们实时编织在一起。

在这种情况下，传送不会将物质抛过太空。相反，它使用纠缠和老式二进制数据的快速爆发，将量子比特微妙的“同时”状态传输到一段距离外的伙伴量子比特。

直到最近，实际尝试很少超越概念验证。

现在，研究人员已经使用隐形传态技巧在两个相距约 6 英尺的独立量子芯片之间锻造了一个工作逻辑门，这暗示了未来，一组普通处理器将充当一台强大的计算机。

量子隐形传态和量子比特

量子比特很有价值，因为它可以同时是 0 和 1，但如果量子比特感觉到来自外部世界的推动，这种叠加就会崩溃。

通过传送量子比特的身份，而不是物理地拖动粒子，工程师们回避了大部分这种脆弱性。接收方只需重塑自己的量子比特以镜像原始量子比特并继续计算。

最新的实验使用了一对“网络”量子比特（针对发送和接收光信号优化的原子）和一对专用于处理数据的“电路”量子比特。

传送首先桥接了网络量子比特;然后，纠缠的链接让电路量子比特就像共享同一个芯片一样工作。

这种分离听起来可能很适中，但即使是 6 英尺的间隙也让设计师可以进行升级、维修或全新的硬件，而不会打开衣柜大小的冷藏室。

灵活性胜过暴力扩展

量子硬件的早期路线图依赖于将数千个量子比特塞进单个平台上。物理学界很快了解到，随着量子比特的倍增，错误率会激增，这迫使纠错开销越来越大。

分发处理器会翻转该脚本。每个模块都可以保持足够小以进行严格控制，同时传送会根据需要将作拼接在一起。

这种方法还可以保持较低的通信开销。量子门隐形传态只需要一个纠缠对和两个经典位即可在网络上拉出一个双量子比特门。

工程师可以不断询问纠缠对，直到得到一个干净的纠缠对，在此期间不会浪费任何宝贵的量子信息。这种效率可以将功能性量子数据中心的时间表缩短数年。

牛津量子隐形传态实验

只有在传送链接嗡嗡作响之后，更广泛的世界才知道是谁完成了它：由物理学家 Dougal Main 领导的牛津大学团队。

“以前的量子隐形传态演示集中在物理分离的系统之间转移量子态，”Dougal Main 解释说。“在我们的研究中，我们使用量子隐形传态在这些遥远的系统之间产生相互作用。”

该团队的装置纠缠了两个镱离子，发射了所需的经典比特，并在远端以 86% 的匹配率重新创建了自旋态。

这种保真度超过了基本逻辑门的阈值，因此研究人员运行了 Grover 搜索算法的紧凑版本。

分布式门在 71% 的时间内提供正确答案——对于早期的硬件来说，这是值得尊敬的，而且至关重要的是，它更多地受到局部缺陷的限制，而不是传送本身。

证明链接有效的测试

这群人并没有停在一个门口。他们执行 SWAP 和 iSWAP作——用于更复杂电路的构建模块——而无需将离子从各自的离子阱中移出。每一次成功都削弱了距离本身会拖累性能的观念。

“通过使用光子链路互连模块，我们的系统获得了宝贵的灵活性，允许在不中断整个架构的情况下升级或更换模块，”Main 说。

在这种情况下，灵活性不是一项奢侈的功能;这是 Brittle Science 项目和可持续计算平台之间的区别。

隐形传态和量子互联网

在实验室距离上传送只是一个热身。2020 年，美国的研究人员通过现有光纤将量子比特传送到 27 英里以上，这表明如果损失得到管理，电信基础设施可以处理纠缠。

将这一覆盖范围与牛津大学等芯片级演示相结合，量子互联网的蓝图开始形成——传感器、模拟器和加密节点在城市甚至大陆之间交换纠缠状态。

这样的网络将使化学家能够逐个原子地对新药进行建模，通过庞大的数据库加速搜索，并生成不受窃听的加密密钥。

随着硬件的成熟，混合系统可以将囚禁离子处理器与光子、中性原子或金刚石缺陷平台连接起来，每个平台都发挥其优势。

随着量子隐形传态消除差异，整个集成可以像一个单一的、大规模并行的引擎一样工作。

迈向纠缠不清的未来

还有很多工作要做。工程师必须提高保真度，为每个模块添加更多量子比特，并自动创建干净的纠缠对。

牛津大学团队指出，即使量子比特数量略有增加，纯化方案也能清除噪音，从而提高门成功率。

与此同时，行业团体已经在起草接口标准，以便不同的实验室可以将他们的模块插入共享的测试床。

事实证明，建造一台巨型量子计算机是一项高风险的平衡行为。将许多小的拼接在一起可能更简单、更便宜、更坚固。

最近的 6 英尺跳跃表明，Teleportation 已准备好承担这项任务，从物理派对的技巧转变为未来分布式处理器的支柱。