MIT 展示无物理接触的量子芯片通信

快速阅读: 《技术点》消息，MIT团队研发出新型量子互连组件，实现超导处理器间直接通信，无需中间媒介。通过超导波导和优化算法，捕获率提升至60%，接近离子陷阱技术。此成果助力构建可扩展、抗错误的量子计算机，为量子互联网奠定基础。研究成果发表于《自然物理学》。

量子计算机有望解决传统超级计算机无法应对的复杂难题，但要实现这一目标面临诸多挑战，其中之一便是如何高效连接多个量子处理器。当前的量子计算系统依赖于“点对点”的笨拙连接方式，数据通过链式传输并在节点间跳跃，而每一次跳跃都会增加出错概率。为解决这一问题，麻省理工学院的研究团队开发了一种创新的量子互连组件，实现了超导处理器间的直接通信，无需借助中间媒介。

这项突破的核心是一条超导波导，它充当量子信息传输的“高速公路”，让微波光子能够在处理器间高速传递。研究团队将两个量子模块接入波导，使它们能够按需发送和接收光子。每个模块包含四个量子比特，作为接口将光子转化为可用的量子数据。为了生成远程纠缠——一种奇特的量子现象，能让无论距离多远的两个量子粒子状态保持同步——研究者设计了一种独特的机制，在光子发射过程中半途停止，从而进入一种特殊的量子态。这种状态让光子理论上既被发射又未完全发射，当接收模块吸收这个“半光子”时，即使没有物理连接，两个处理器也能实现纠缠。

此外，研究团队还解决了光子在传输中发生畸变的问题，这会降低捕获效率。他们通过训练算法优化光子形态，成功将捕获率提升至60%，接近牛津大学采用离子陷阱技术的70%成功率。这项成果标志着量子计算领域的一大进步，相比现有的拼凑式量子设置，这种架构支持“全对全”互联，允许任意数量的处理器直接通信。未来的技术改进如三维集成或更高效的协议，将进一步提升系统的性能。

这项研究由美国陆军研究办公室、AWS量子计算研究中心及美国空军科学研究办公室资助，并已发表于《自然物理学》期刊。团队成员、电气工程与计算机科学专业的研究生阿齐扎·阿尔马纳基指出，该远程纠缠生成协议理论上适用于其他类型的量子计算机及更大规模的量子互联网系统。

这项突破性进展意义非凡，不仅推动了量子计算技术的发展，也为构建可扩展且抗错误的量子超级计算机奠定了坚实基础。

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