IT之家 10 月 6 日消息，據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官方消息，日前，中國(guó)科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、周宗權(quán)、柳必恒等人基于多模式固態(tài)量子存儲(chǔ)和量子門(mén)隱形傳送協(xié)議在合肥市區(qū)實(shí)現(xiàn)了跨越 7 公里的非局域量子門(mén)，并演示了分布式的 Deutsch-Jozsa 算法及量子相位估計(jì)算法。該成果 10 月 2 日發(fā)表在國(guó)際期刊《自然·通訊》上。
▲圖 1：跨越 7 公里的非局域量子門(mén)。a.量子節(jié)點(diǎn)分布地圖和實(shí)驗(yàn)裝置圖；b.量子門(mén)隱形傳送的邏輯線路圖（圖源中科大，下同）IT之家從中科大獲悉，分布式量子計(jì)算是解決量子計(jì)算可擴(kuò)展性難題的一條可行路徑，它通過(guò)非局域量子門(mén)連接獨(dú)立的量子計(jì)算節(jié)點(diǎn)，從而整合量子網(wǎng)絡(luò)中的算力資源來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算規(guī)模的提升。然而，非局域量子門(mén)目前僅在數(shù)十米的尺度下實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)演示，無(wú)法滿(mǎn)足在大尺度量子網(wǎng)絡(luò)中整合算力資源的需求。
在該工作中，研究團(tuán)隊(duì)基于量子門(mén)隱形傳送協(xié)議來(lái)建立兩個(gè)量子節(jié)點(diǎn)之間的非局域量子門(mén)。兩個(gè)量子節(jié)點(diǎn)之間的直線距離為 7 公里，分別位于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)東校區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)科大）和合肥市大蜀山東側(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng)大蜀山）。研究團(tuán)隊(duì)首先在兩節(jié)點(diǎn)間使用通信波段光子和專(zhuān)線光纜進(jìn)行了量子糾纏態(tài)的遠(yuǎn)程分發(fā)。隨后，中國(guó)科大節(jié)點(diǎn)和大蜀山節(jié)點(diǎn)分別執(zhí)行本地的兩比特量子門(mén)操作。中國(guó)科大節(jié)點(diǎn)采用摻銪硅酸釔晶體實(shí)現(xiàn)糾纏光子的存儲(chǔ)，直到接收到大蜀山節(jié)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果，并根據(jù)這一結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的單比特門(mén)操作。
▲圖 2：分布式量子計(jì)算算法的演示。a-e.Deutsch-Jozsa 算法的邏輯線路圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；f-j.量子相位估計(jì)算法的邏輯線路圖和實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中國(guó)科大節(jié)點(diǎn)的光子與大蜀山節(jié)點(diǎn)的光子之間完成了兩比特非局域量子門(mén)操作，其中受控非門(mén)的保真度達(dá) 88.7%。固態(tài)量子存儲(chǔ)器的糾纏存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)到 80.3μs，相比前人工作提升近 2 倍，并且糾纏存儲(chǔ)的時(shí)間模式數(shù)達(dá) 1097 個(gè)，使得非局域量子門(mén)的生成速率獲得了線性的提升。基于非局域量子門(mén)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在這兩個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)間演示了兩比特的 Deutsch-Jozsa 算法以及量子相位估計(jì)算法，成功實(shí)現(xiàn)了量子算法的遠(yuǎn)程分布式執(zhí)行。
該工作首次在城市距離上實(shí)現(xiàn)分布式光量子計(jì)算的演示，展示了基于量子存儲(chǔ)和通信光纜構(gòu)建分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的可行性，為規(guī)模化量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供了新思路。
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