美國普林斯頓大學(xué)研究人員在開發(fā)硅基量子計(jì)算機(jī)硬件方面邁出了重要一步。他們成功地在相距4毫米的兩個硅自旋量子比特間實(shí)現(xiàn)了信息交換，證明硅量子比特可以在相對較遠(yuǎn)距離間進(jìn)行通信。相關(guān)研究論文發(fā)表在25日的《自然》雜志上。

量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，這源于其應(yīng)用的量子比特可以同時處在多個狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算，未來的量子計(jì)算機(jī)需要有成千上萬個可以相互通信的量子比特。目前谷歌、IBM開發(fā)的原型量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)擁有了數(shù)十個、甚至近百個量子比特。而許多技術(shù)專家認(rèn)為，相較谷歌、IBM原型機(jī)使用的超導(dǎo)量子比特，從長遠(yuǎn)來看，基于硅的量子比特更有前途——其制造成本更低，保持量子態(tài)的時間也更長。但硅自旋量子比特由單電子組成，非常小，如何在多個量子比特之間布線是大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)面臨的一個主要挑戰(zhàn)。

此次，普林斯頓大學(xué)教授杰森·佩塔帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)證明，硅自旋量子位在計(jì)算機(jī)芯片上相距較遠(yuǎn)時也可以相互作用，這為解決量子比特間的互連問題奠定了基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)硅自旋量子比特長距離通信這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)使用一個包含單個光子的狹窄空腔作為“導(dǎo)線”，連接兩個相距4毫米的量子比特。他們成功地調(diào)諧了兩個量子比特，同時將它們與光子耦合，最終實(shí)現(xiàn)兩個量子比特間的相互通信。

4毫米看似很短，但換個角度，如將一個量子比特比做一所房子，這一距離的通信則意味著一所房子在向750英里外的另一所房子發(fā)送消息。

杰森·佩塔表示，在硅芯片上跨越4毫米傳輸信息的能力將賦予量子硬件更多新功能。從長遠(yuǎn)來看，他們的研究有助于改善芯片上以及各個芯片間的量子位元通信。

并未參與該研究的斯坦福大學(xué)電氣工程學(xué)教授葉蓮娜·武科維奇評論指出，證明量子比特之間的遠(yuǎn)程相互作用對于量子技術(shù)，如模塊化量子計(jì)算機(jī)和量子網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要，杰森·佩塔團(tuán)隊(duì)的研究成果令人振奮。