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我国科学家实现跨越7公里的分布式光量子计算
2024年10月08日 10:31:18
来源：Ky开元集团 点击量：6327
近日，中国科大郭光灿院士团队在量子网络领域取得重要进展。该团队李传锋、周宗权、柳必恒等人基于多模式固态量子存储和量子门隐形传送协议在合肥市区实现了跨越7公里的非局域量子门，并演示了分布式的Deutsch-Jozsa算法及量子相位估计算法。
【化工仪器网 项目成果】分布式光量子计算是一种利用多个量子计算节点通过网络连接，实现算力资源共享的计算模式。随着量子比特的增加，传统的单台量子计算机面临着信号串扰、布线、制冷等技术限制，难以满足大规模计算任务的需求。而分布式量子计算通过将计算任务分散到多个量子计算节点上，利用量子纠缠和隐形传送等量子通信手段，实现节点间的协同计算，从而大幅提升计算效率。然而，非局域量子门之前仅在数十米的尺度下实现实验演示，无法满足在大尺度量子网络中整合算力资源的需求。
近日，中国科大郭光灿院士团队在量子网络领域取得重要进展。该团队李传锋、周宗权、柳必恒等人基于多模式固态量子存储和量子门隐形传送协议在合肥市区实现了跨越7公里的非局域量子门，并演示了分布式的Deutsch-Jozsa算法及量子相位估计算法。这项研究标志着首次在城市距离上实现了分布式光量子计算的演示，为规模化量子计算的实现提供了新思路。
研究团队基于量子门隐形传送协议来建立两个量子节点之间的非局域量子门。两个量子节点之间的直线距离为7公里。在研究过程中，团队首先在两个量子节点间使用通信波段光子和专线光缆进行量子纠缠态的远程分发。随后，两个节点分别执行本地的两比特量子门操作。为了支持两个远距离节点间的量子通信与同步，团队采用了掺铕硅酸钇晶体材料，实现了纠缠态的长时间存储。实验结果表明，两个节点的光子之间完成了两比特非局域量子门操作，其中受控非门的保真度达88.7%。
此外，固态量子存储器的纠缠存储时间达到了80.3微秒，相比前人工作提升近2倍，并且纠缠存储的时间模式数达到了1097个，使得非局域量子门的生成速率获得了线性的提升。基于非局域量子门，研究团队进一步在两个远程节点间演示了两比特的多伊奇—乔萨算法以及量子相位估计算法，成功实现了量子算法的远程分布式执行。
这一成果不仅展示了基于量子存储和通信光缆构建分布式量子计算网络的可行性，还为规模化量子计算的实现提供了新思路。分布式光量子计算不仅有望突破单台量子计算机的技术限制，还能通过整合多个量子计算节点的算力资源，实现更强大的计算能力。
未来，随着量子通信和量子计算技术的不断发展，分布式光量子计算有望在更多领域得到应用，如密码学、材料科学、药物研发等。它将为人类解决复杂问题提供新的方法和手段，推动科学技术的进步和发展。
相关研究成果Nonlocal photonic quantum gates over 7.0 km于近日发表在国际期刊《自然·通讯》上。
参考资料来源：中国科学技术大学
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