量子通信領(lǐng)域迎來了激動人心的突破！牛津大學的研究團隊在權(quán)威科學期刊《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現(xiàn)了確定性量子門傳送，且保真度高達86%。這一成果不僅為量子計算的未來發(fā)展開辟了新路徑，更為構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅實基礎(chǔ)。
研究團隊指出，分布式量子計算（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，要實現(xiàn)全互連的邏輯連接，就必須確保量子門傳送過程具備確定性和可重復性，這是以往技術(shù)所難以達到的。
牛津大學的研究正是在這一關(guān)鍵問題上取得了突破。他們設(shè)計的傳輸鏈路不僅實現(xiàn)了高保真度的確定性量子門傳送，還成功運行了Grover搜索算法，成功率達到了71%。這一成就標志著首次實現(xiàn)了由多個非局域兩量子比特門組成的分布式量子算法，為量子計算的實用化邁出了重要一步。
實驗的第一步是在兩個Sr+離子之間建立遠程糾纏。通過激光激發(fā)和光子收集，研究人員成功地在兩個離子之間產(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，將邏輯門操作從一個模塊“傳送”到另一個模塊，實現(xiàn)了跨越物理距離的量子計算。
在建立了遠程糾纏之后，研究人員開始在每個模塊內(nèi)進行局域操作。他們先將存儲在Ca+電路量子比特上的量子態(tài)臨時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，從而實現(xiàn)了受控相位門。
接下來是傳送過程的關(guān)鍵步驟：兩個量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點需要對各自的Sr+離子進行中途測量，并通過經(jīng)典信道交換測量結(jié)果。這一步驟確保了邏輯門操作能夠從一個節(jié)點準確地傳送到另一個節(jié)點。實驗中，研究人員使用了低延遲、高保真的TTL信號線作為經(jīng)典信道，確保了信息的快速準確傳輸。
最終，研究人員測試了這套量子門傳送方法的保真度，并成功運行了Grover搜索算法。實驗結(jié)果顯示，傳送CNOT門的保真度為86.2%，傳送iSWAP門的保真度為70%，而傳送SWAP門的保真度則為64%。這些結(jié)果充分證明了該方案能夠以較高保真度實現(xiàn)任意雙量子門操作在兩個遠程量子比特之間的傳送。
遠程糾纏的保真度達到了96.89%，接近理論極限，為高質(zhì)量量子門傳送提供了堅實基礎(chǔ)。量子存儲過程的保真度也高達98%以上，進一步證明了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，標志著量子通信領(lǐng)域取得了重大進展。它不僅為分布式量子計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，量子計算的實用化將不再遙不可及。
盡管這一成果與科幻場景中的“傳送”仍有較大差距，但它無疑讓我們離實現(xiàn)實用的量子網(wǎng)絡(luò)更近了一步。未來，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)。
