麻省理工学院的米凯拉·贾维斯 纠缠光子对由沿波导放置的量子位产生并传播离开量子位
信用:桑普森威尔科克斯 麻省理工学院的研究人员使用连接到微波传输线的超导量子比特，展示了量子比特如何按需产生量子处理器之间通信所需的光子或光粒子
这一进展是朝着实现互联迈出的重要一步，这将使模块化量子计算系统能够以比经典计算机更快的指数速度执行运算
“模块化量子计算是一种通过在多个处理节点上分担工作负载来实现大规模量子计算的技术，”麻省理工学院研究生研究员、今天发表在《科学进展》上的一篇关于这一主题的论文的第一作者巴拉思·坎南说
“然而，这些节点通常不在同一位置，因此我们需要能够在遥远的位置之间传递量子信息
" 在传统计算机中，在计算过程中，电线被用来通过处理器来回传送信息
在量子计算机中，信息本身是量子力学和脆弱的，需要新的策略来同时处理和交流信息
“超导量子位是当今的领先技术，但它们通常只支持局部相互作用(最近邻或非常近的量子位)
问题是如何连接到遥远的量子位，”电子工程和计算机科学副教授、麻省理工学院林肯实验室研究员、量子工程中心主任、电子研究实验室副主任威廉·奥利弗说
“我们需要量子互连，理想的是基于微波波导，可以将量子信息从一个位置引导到另一个位置
" 这种通信可以通过微波传输线或波导进行，因为存储在量子位中的激发产生光子对，这些光子对被发射到波导中，然后传播到两个遥远的处理节点
相同的光子被称为“纠缠”，作为一个系统
当它们到达遥远的处理节点时，它们可以在整个量子网络中分配这种纠缠
奥利弗说:“我们使用量子位按需产生纠缠光子，然后以非常高的效率将纠缠态释放到波导中，本质上是统一的。”
坎南说，《科学进展》论文中报道的这项研究使用了一种相对简单的技术
坎南说:“我们的工作提出了一种新的架构，只使用一个波导和几个量子位作为光子发射器，就可以以非常简单的方式产生空间纠缠的光子。”
光子之间的纠缠随后可以被转移到处理器中，用于量子通信或互连协议
" 虽然研究人员说他们还没有实现这些通信协议，但他们正在进行的研究就是针对这个方向的
“在这项工作中，我们还没有实现处理器之间的通信，而是展示了我们如何产生对量子通信和互连有用的光子，”坎南说
Kannan、Oliver和他的同事们以前的工作介绍了一种波导量子电动力学结构，它使用超导量子比特，本质上是一种人工巨原子
该研究展示了这种架构如何执行低误差量子计算，并在处理器之间共享量子信息
这是通过调整量子位的频率来调整量子位与波导的相互作用强度，从而保护脆弱的量子位免受波导诱导的退相干，以执行高保真度的量子位操作，然后调整量子位的频率，使量子位能够以光子的形式将其量子信息释放到波导中来实现的
本文介绍了波导量子电动力学结构的光子产生能力，表明量子比特可以用作波导的量子发射器
研究人员证明，发射到波导中的光子之间的量子干涉会产生纠缠的、流动的光子，这些光子向相反的方向传播，可以用于量子处理器之间的长距离通信
在光学系统中产生空间纠缠光子通常是使用自发参量下转换和光电探测器来实现的，但是以这种方式实现的所产生的纠缠通常是随机的，因此在分布式系统中实现按需量子信息通信时用处不大
“模块化是任何可扩展系统的关键概念，”奥利弗说
“我们的目标是展示量子互连的元素，这些元素在未来的量子处理器中会很有用
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