科学家们研究了如何使用量子隐形传态在两台机器之间传输数据

快速阅读: 《技术点》消息，上周，牛津大学研究人员在《自然》杂志发表论文，描述了利用量子隐形传态技术在相距两米的量子计算机间传输数据的突破。该技术通过纠缠量子比特实现数据传输，具有高准确性且无损。研究使用光纤连接离子阱，每次尝试虽非完全成功，但未影响实验进程。此成果为量子网络的发展奠定了基础，但仍处于早期阶段，面临光纤长度等挑战。

上周，牛津大学的研究人员在《自然》杂志上发表了一篇论文，描述了他们如何使用量子隐形传态技术，在相距约两米的两台量子计算机之间传输数据。他们声称距离并不重要，因为实验应该能够在任何位置成功进行。这一突破意义重大，因为它部分克服了量子计算中的一个难题。与传统计算机使用的晶体管不同，量子计算机使用的是量子比特（量子位）。量子位允许比晶体管的开/关状态更多的可能性，从而实现更复杂的计算。然而，工程师们尚未找到如何将硬件微型化的办法，并且需要数万个量子位才能执行复杂的计算。与此同时，研究人员正试图找到一种方法来连接多台量子计算机，使它们作为一个整体工作。这个想法类似于传统的分布式计算——通过网络连接多台计算机来解决一个问题。蛋白质折叠就是这样一个例子。事实上，这篇研究论文的标题是“通过光网络链接实现分布式量子计算”。

然而，量子计算机不能像个人电脑那样通信。为了将两台（或更多台）量子计算机联网，需要在发送端和接收端放置量子物体。然后，这些物体必须变成纠缠态。纠缠态使得两个量子位处于一种未知但相互关联的状态——想想薛定谔的猫。一旦在发送端测量到量子位的状态，纠缠的接收端量子位会立即进入相同的状态。不深入量子计算的复杂操作，将位于不同地点的两台或多台机器上的量子位纠缠起来表明，建立量子网络是可行的。这种互联可以提供执行更复杂程序和操作所需的额外量子位。

此外，纠缠的数据提供了更准确的计算结果。从量子计算机向我们可读解的传统机器传输信息时，会出现更高的错误率——这是科学家们一直在努力减少的一个障碍。从一台量子计算机向另一台量子计算机传输量子位状态是无损的，这意味着研究人员不必担心错误，直到联机计算机返回结果。

为了实现这一突破，科学家们创建了两个由两米长的光纤电缆连接的离子阱（主图）。每个陷阱中分别有一个锶离子和一个钙离子。钙离子作为本地存储单元，而锶离子则作为量子网络的接口。光纤电缆允许激光发射光子以启动纠缠过程。虽然每次发射的光子并非百分之百成功纠缠，但失败并未扰乱离子的状态，因此研究人员可以继续尝试而不必重置整个实验。此外，纠缠产生了可测量的光子，这向团队发出了信号，表明他们实现了纠缠，这是一个幸运且重要的副产品。

纠缠后，科学家能够“传送”特定门操作到接收离子上。经过多次测试格罗弗算法后，团队发现简单的网络大约有70%的时间返回了准确的计算结果。然而，他们注意到错误与传送过程无关。正如预期的那样，硬件两端的本地操作产生了错误。团队认为，使用商用量子硬件将产生更准确的结果。

这是量子计算领域的一项开创性发展，但仍处于早期阶段。尽管传送不受距离限制，但它受限于可用的光纤长度。目前尚不清楚是否可以使用现有的光纤基础设施，考虑到网络噪声可能是一个问题，这似乎不太可能。然而，我们已经开发出一种让量子计算机即时交换数据的方法，这令人震惊。

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