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麻省理工学院为QPU来沟通发明新的方式——为一个可扩展的“量子超级计算机”铺平道路

2025-04-07 07:38阅读：4,495

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麻省理工学院为QPU来沟通发明新的方式——为一个可扩展的“量子超级计算机”铺平道路
By Alan Bradley published 10 minutes ago
Computing
一种新的装置使远程纠缠成为可能，允许远程量子处理器与彼此沟通以降低错误率。
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麻省理工学院为QPU来沟通发明新的方式——为一个可扩展的“量子超级计算机”铺平道路


(Image credit: da-kuk/Getty Images)
研究人员已经创造了一种允许量子处理器与彼此直接沟通的装置——开发实用量子计算机中的重要一步。可能意味着处理器之间既更快又更不容易出错的通信。
现有的量子结构只提供有限的分开的量子处理单元（qpu）之间的通信。这种通信是点对点的，意味着信息在到达它的目的地之前不得不被在跨几个节点链中传输。这增加将量子信息暴露到噪声的可能性并使错误更可能来发生。
然而，由麻省理工学院科学家开发的新装置允许“全对全”通信，以便在一个单个网络中的所有处理器都能直接的与任何其他处理器通信。研究人员在3月21日发表在《自然物理Nature Physics》杂志上的一项新研究中概述了他们的远程纠缠方法。
远程纠缠是一种两个粒子共享同一状态的状态，对一个的变化自动的影响另一个。两者之间的距离能是广大的，目前没有已知的限制。
在测试中，研究人员通过模块连接了两个量子处理器，每个模块包含四个量子比特。每个模块中的一些量子位比特被负有发送光子的任务，光粒子能被用来传输量子数据，而另一些被分配来存储数据。
这些模块被用一种叫一个波导的超导导线一起连接，模块服务为一个更大的量子处理器和波导之间的一个接口。科学家们说，任何数量的处理器都可以被以这种方式连接，创造一个高度可扩展的网络。
然后，研究人员用微波脉冲来激发一个单个量子比特在跨波导的两个方向中发射光子。
该研究的高级作者、麻省理工学院电子研究实验室副主任威廉·D·奥利弗在一份声明中说，“投掷和捕获光子使我们能够在非本地量子处理器之间创建一个“量子互连”并用量子互连来远程纠缠”。
光子畸变
纠缠是一种两个粒子变得连接并共享信息的状态，甚至在广大的的距离上。一个纠缠粒子中的变化会立即的影响到它的伙伴。这是量子计算的一个关键现象，因为它允许量子比特被共相关并作为一个单一的系统。反过来这又允许我们创造用经典计算机不可能的算法。
然而，仅在模块之间来回移动光子并不自动的创造纠缠。为取得这个，该团队不得不特别准备量子比特和光子以便在被传输后这些模块共享一个光子。
为迫使这两个模块共享同一个光子，它们必须在中间点上中断光子发射脉冲。这本质上意味着光子的一半在接收端被吸收而一半被发射模块保留。
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这种方法的问题是光子在旅行跨过波导的同时变得扭曲，这能会影响吸收和中断纠缠。为克服架构中的这一缺陷，该团队不得不扭曲光子来鼓励最大吸收。通过先于传输扭曲光子他们能够将吸收水平提高到60%，足来确保纠缠。
按照主要作者电子工程和计算机科学研究生阿兹扎·阿尔利，这项工作对实际的量子计算应用是广泛适用的。
阿兹扎·阿尔利说，“原则上，我们的远程纠缠生成协议也能被扩展到其他类型的量子计算机和更大的量子互联网系统”。
https://www.livescience.com/technology/computing/mit-invents-new-way-for-qpus-to-communicate-paving-the-way-for-a-scalable-quantum-supercomputer

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