Nature：离 “量子互联网” 又近一步！牛津大学证实分布式量子计算可行性

Grover搜索算法运行成功率71%

原标题：Nature：离 “量子互联网” 又近一步！牛津大学证实分布式量子计算可行性
文章来源：量子位
内容字数：5919字

牛津大学实现确定性量子门传送：量子计算迈向新里程碑

量子通信技术取得重大突破！牛津大学研究人员在《Nature》杂志发表论文，报告了在两米距离上实现确定性量子门传送，保真度高达86%。这项研究为大规模量子计算和量子互联网奠定了基础。

1. 分布式量子计算的需求

   大规模量子计算需要更高效的方案。分布式量子计算（DQC）通过光子网络互联，可在不损害性能或量子比特连接性的前提下执行大型量子电路，成为理想选择。量子门传送（QGT）技术是DQC的关键，它可以在网络中的量子比特之间共享远程纠缠，实现全互连的逻辑连接。然而，之前的QGT技术缺乏确定性和可重复性。

2. 突破：确定性量子门传送

   牛津大学团队的突破在于实现了高保真度确定性量子门传送。他们设计的传输链路，成功率达71%地运行了Grover搜索算法，这是首次实现由多个非局域两量子比特门组成的分布式量子算法。

3. 核心思路：利用量子纠缠

   该研究利用量子纠缠作为资源。两个相距两米的捕获离子模块（分别称为Alice和Bob）分别储存一个88Sr+离子（网络量子比特）和一个43Ca+离子（电路量子比特及辅助量子比特）。通过交换光子建立Sr+离子之间的远程纠缠，再利用此纠缠作为量子信道，结合局域操作和经典通信，将逻辑门操作从一个模块“传送”到另一个模块。

4. 远程纠缠的建立

   通过激光激发Sr+离子并收集单光子，利用Bell态分析器进行Hong-Ou-Mandel干涉，实现纠缠交换。实验中，平均7084次尝试即可成功建立一次纠缠，远程纠缠态保真度达96.89%。

5. 模块内的局域操作

   利用Raman激光脉冲，在Ca+电路量子比特和Sr+离子之间执行局域CZ门操作，实现受控相位门，局域纠缠保真度超过99%。

6. 离子测量和经典传送

   对Sr+离子进行测量，并通过经典信道交换测量结果。根据测量结果，对Ca+电路量子比特执行条件单量子门操作，完成逻辑门传送。经典信道采用TTL信号线，延迟仅为25ns。

7. Grover搜索算法的成功运行

   该团队构建了基于量子门传送的分布式量子线路，成功运行了Grover搜索算法，不同目标状态的成功率达71%。

8. 实验结果

   传送CNOT门的保真度为86.2%，iSWAP门为70%，SWAP门为64%。量子存储过程保真度高达98%以上。

9. 意义

   这项研究是量子计算的重大里程碑，虽然不同于科幻中的“传送”，但它使我们更接近实用的量子网络，为大规模量子计算和量子互联网提供了可行的途径。

联系作者

文章来源：量子位
作者微信：
作者简介：追踪人工智能新趋势，关注科技行业新突破