量子通信領(lǐng)域迎來(lái)了激動(dòng)人心的突破！牛津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在權(quán)威科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表了他們的最新研究成果，成功地在兩米距離上實(shí)現(xiàn)了確定性量子門(mén)傳送，且保真度高達(dá)86%。這一成果不僅為量子計(jì)算的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了新路徑，更為構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊(duì)指出，分布式量子計(jì)算（DQC）作為一種理想的量子電路執(zhí)行方式，能夠在不犧牲性能或量子比特連接性的前提下，實(shí)現(xiàn)跨處理器的量子信息處理。而光子網(wǎng)絡(luò)，作為連接這些處理器的橋梁，其重要性不言而喻。然而，要實(shí)現(xiàn)全互連的邏輯連接，就必須確保量子門(mén)傳送過(guò)程具備確定性和可重復(fù)性，這是以往技術(shù)所難以達(dá)到的。
牛津大學(xué)的研究正是在這一關(guān)鍵問(wèn)題上取得了突破。他們?cè)O(shè)計(jì)的傳輸鏈路不僅實(shí)現(xiàn)了高保真度的確定性量子門(mén)傳送，還成功運(yùn)行了Grover搜索算法，成功率達(dá)到了71%。這一成就標(biāo)志著首次實(shí)現(xiàn)了由多個(gè)非局域兩量子比特門(mén)組成的分布式量子算法，為量子計(jì)算的實(shí)用化邁出了重要一步。
實(shí)驗(yàn)的第一步是在兩個(gè)Sr+離子之間建立遠(yuǎn)程糾纏。通過(guò)激光激發(fā)和光子收集，研究人員成功地在兩個(gè)離子之間產(chǎn)生了最大糾纏態(tài)。隨后，他們利用這種糾纏作為量子信道，結(jié)合局域操作和經(jīng)典通信，將邏輯門(mén)操作從一個(gè)模塊“傳送”到另一個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)了跨越物理距離的量子計(jì)算。
在建立了遠(yuǎn)程糾纏之后，研究人員開(kāi)始在每個(gè)模塊內(nèi)進(jìn)行局域操作。他們先將存儲(chǔ)在Ca+電路量子比特上的量子態(tài)臨時(shí)映射到輔助量子比特上，然后在Sr+和Ca+輔助量子比特之間執(zhí)行局域CZ門(mén)操作。這一步驟完成后，再將輔助量子比特的量子態(tài)映射回電路量子比特，從而實(shí)現(xiàn)了受控相位門(mén)。
接下來(lái)是傳送過(guò)程的關(guān)鍵步驟：兩個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要對(duì)各自的Sr+離子進(jìn)行中途測(cè)量，并通過(guò)經(jīng)典信道交換測(cè)量結(jié)果。這一步驟確保了邏輯門(mén)操作能夠從一個(gè)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確地傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了低延遲、高保真的TTL信號(hào)線作為經(jīng)典信道，確保了信息的快速準(zhǔn)確傳輸。
最終，研究人員測(cè)試了這套量子門(mén)傳送方法的保真度，并成功運(yùn)行了Grover搜索算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，傳送CNOT門(mén)的保真度為86.2%，傳送iSWAP門(mén)的保真度為70%，而傳送SWAP門(mén)的保真度則為64%。這些結(jié)果充分證明了該方案能夠以較高保真度實(shí)現(xiàn)任意雙量子門(mén)操作在兩個(gè)遠(yuǎn)程量子比特之間的傳送。
遠(yuǎn)程糾纏的保真度達(dá)到了96.89%，接近理論極限，為高質(zhì)量量子門(mén)傳送提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。量子存儲(chǔ)過(guò)程的保真度也高達(dá)98%以上，進(jìn)一步證明了Ca+離子在承載量子信息方面的優(yōu)越性。
這一研究成果的發(fā)表，標(biāo)志著量子通信領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。它不僅為分布式量子計(jì)算提供了可行的技術(shù)途徑，還為構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了理論基礎(chǔ)。隨著研究的深入和技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，量子計(jì)算的實(shí)用化將不再遙不可及。
盡管這一成果與科幻場(chǎng)景中的“傳送”仍有較大差距，但它無(wú)疑讓我們離實(shí)現(xiàn)實(shí)用的量子網(wǎng)絡(luò)更近了一步。未來(lái)，隨著量子通信技術(shù)的不斷突破和創(chuàng)新，我們有理由期待更多令人驚嘆的科技成果涌現(xiàn)。
