通過美國馬薩諸塞州劍橋和波士頓的雙節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)路徑的地圖。圖片來源：哈佛大學(xué)

科技日報記者?張夢然

美國哈佛大學(xué)物理學(xué)家演示了突破性城域量子計算機網(wǎng)絡(luò)。他們使用波士頓地區(qū)現(xiàn)有的電信光纖，展示了在兩個量子存儲節(jié)點之間，迄今最長的光纖距離?？梢园阉胂蟪葾點和B點之間的一個簡單、封閉的互聯(lián)網(wǎng)，它攜帶的信號不像現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)那樣由經(jīng)典比特編碼，而是由完全安全的單個光粒子編碼的。該成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

團隊通過將兩個量子存儲節(jié)點糾纏在一起，建立了第一個量子互聯(lián)網(wǎng)的實用結(jié)構(gòu)。這兩個量子存儲節(jié)點由光纖鏈路分開，部署在穿過劍橋、薩默維爾、沃特敦和波士頓的大約35公里的環(huán)路上。

每個節(jié)點都是一個非常小的量子計算機，由金剛石制成。其原子結(jié)構(gòu)中有一個缺陷，稱為硅空位中心。在金剛石內(nèi)部，比人類頭發(fā)絲寬度的百分之一還小的雕刻結(jié)構(gòu)增強了硅空位中心與光之間的相互作用。

硅空位中心包含兩個量子比特：一個以電子自旋的形式用于通信，另一個以壽命較長的核自旋形式來存儲糾纏。兩種自旋都可通過微波脈沖完全控制。這些金剛石設(shè)備只有幾毫米見方，安裝在制冷裝置內(nèi)，溫度達-272.78℃。

使用硅空位中心作為單光子量子存儲器件的技術(shù)，解決了量子互聯(lián)網(wǎng)中的一個主要問題：信號丟失?；诠杩瘴恢行牡木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點可捕獲、存儲和糾纏量子信息位，同時可糾正信號丟失。將節(jié)點冷卻到接近絕對零度后，光通過第一個節(jié)點發(fā)送，并且由于原子結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，與該節(jié)點糾纏在一起。由于光已經(jīng)與第一個節(jié)點糾纏在一起，它可將這種糾纏轉(zhuǎn)移到第二個節(jié)點，這被稱為光子介導(dǎo)的糾纏傳遞。

研究人員已將他們的演示網(wǎng)絡(luò)安裝在現(xiàn)有光纖上，這表明，創(chuàng)建具有類似網(wǎng)絡(luò)線路的量子互聯(lián)網(wǎng)是可能的。

總編輯圈點

過去已創(chuàng)建過其他量子網(wǎng)絡(luò)，但此次量子網(wǎng)絡(luò)是可存儲、處理和移動信息的設(shè)備之間最長的光纖網(wǎng)絡(luò)。本研究中的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可應(yīng)用在非常繁忙的城市或其他現(xiàn)實世界環(huán)境中，是邁向量子計算機之間網(wǎng)絡(luò)的重要一步。但二節(jié)點量子網(wǎng)絡(luò)只是一個開始，科學(xué)家還要努力通過添加節(jié)點和試驗更多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來擴展其網(wǎng)絡(luò)性能。