量子位如何根據(jù)需要生成支持量子處理器之間通信所需的光子

麻省理工學(xué)院的研究人員通過將超導(dǎo)量子位連接到微波傳輸線上，展示了量子位如何根據(jù)需要生成支持量子處理器之間通信所需的光子。該演示是邁向可靠實(shí)現(xiàn)互連的一步，該互連將使模塊化量子計(jì)算系統(tǒng)能夠以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快幾倍的速度執(zhí)行。

超導(dǎo)量子位無(wú)法支持與附近和相鄰（位于同一位置）的量子位之間的交互性，而不僅僅是本地發(fā)生的交互。通過插入微波波導(dǎo)作為量子互連的基礎(chǔ)，量子信息可以從一個(gè)位置傳播到另一個(gè)位置。微波傳輸線或波導(dǎo)驅(qū)動(dòng)該通信，因?yàn)榘诹孔游恢械募ぐl(fā)產(chǎn)生光子對(duì)，該光子對(duì)發(fā)射到波導(dǎo)中，然后傳播到兩個(gè)遙遠(yuǎn)的處理節(jié)點(diǎn)。光子被糾纏，充當(dāng)一個(gè)奇異的系統(tǒng)，并以高效率將糾纏分布在整個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)中。

產(chǎn)生光子的新型波導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)體系結(jié)構(gòu)表明，量子位可以充當(dāng)波導(dǎo)的量子發(fā)射器。研究人員進(jìn)一步證明，發(fā)射到波導(dǎo)中的光子之間的量子干擾會(huì)產(chǎn)生糾纏的，沿相反方向傳播的流動(dòng)光子。這些光子及其運(yùn)動(dòng)可用于量子處理器之間的長(zhǎng)距離通信。

糾纏的光子對(duì)由沿著波導(dǎo)放置的量子位生成并傳播遠(yuǎn)離量子位。由Sampson Wilcox提供。

該架構(gòu)是由MIT當(dāng)前研究團(tuán)隊(duì)成員Bharath Kannan和William Oliver先前的工作推導(dǎo)而來(lái)的，該架構(gòu)引入了一種基于量子比特的超導(dǎo)波導(dǎo)量子電動(dòng)力學(xué)架構(gòu)。這項(xiàng)工作通過調(diào)整量子位的頻率來(lái)調(diào)節(jié)量子位與波導(dǎo)相互作用的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)了低誤差量子計(jì)算和處理器之間的量子信息共享，從而保護(hù)了脆弱的量子位不受波導(dǎo)引起的去相干效應(yīng)的影響，并允許執(zhí)行qubit操作。該演示的特點(diǎn)是研究人員隨后重新調(diào)整了量子位頻率，以使量子位可以以光子形式將量子信息釋放到波導(dǎo)中。

在執(zhí)行計(jì)算時(shí)，經(jīng)典計(jì)算機(jī)依靠電線來(lái)通過處理器來(lái)回路由信息。在量子計(jì)算機(jī)中，信息本身是量子力學(xué)的，并且非常脆弱，因此需要同時(shí)處理和傳達(dá)信息的策略。

自發(fā)的參數(shù)下轉(zhuǎn)換和光電探測(cè)器可以在光學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生糾纏的光子，這種糾纏通常是隨機(jī)的。這種隨機(jī)性有損模塊化和糾纏的能力，無(wú)法支持分布式系統(tǒng)中量子信息的按需通信。

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