Andreas  Wallraff實(shí)驗(yàn)室的ETH量子鏈。 中心電子管含有強(qiáng)力冷卻的波導(dǎo)，兩個(gè)量子芯片通過(guò)微波光子連接。

蘇黎世理工大學(xué)的物理學(xué)家展示了5米長(zhǎng)的微波量子鏈。 這是迄今為止最長(zhǎng)的微波量子鏈。 既可以用于未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，也可以用于基礎(chǔ)量子物理研究的實(shí)驗(yàn)。

合作在所有——都是量子的世界中也是如此。 為了將來(lái)構(gòu)建強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，必須連接幾臺(tái)更小的計(jì)算機(jī)以形成集群或局域網(wǎng)( LAN  )。 因?yàn)檫@些計(jì)算機(jī)處理的是同時(shí)包含邏輯值“0”和“1”的量子力學(xué)疊加狀態(tài)，所以它們之間的鏈路也應(yīng)該是“量子鏈路”。

迄今為止，這個(gè)基于微波的最長(zhǎng)鏈接是在蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)量子設(shè)備實(shí)驗(yàn)室教授安德烈亞斯沃拉夫的實(shí)驗(yàn)室建造的5米長(zhǎng)。 研究人員計(jì)劃在丹佛舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)表他們的研究結(jié)果。 由于瘟疫，這次會(huì)議暫時(shí)中止了。 相反，科學(xué)家現(xiàn)在正在虛擬的替代會(huì)議上報(bào)告他們的結(jié)果。

 “這對(duì)我們來(lái)說(shuō)真的是一個(gè)里程碑，”沃爾什拉夫解釋說(shuō)。 因?yàn)槲覀兛梢宰C明量子局域網(wǎng)原則上是可行的。 “未來(lái)10到20年，量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)越來(lái)越依賴(lài)它們。 “目前計(jì)算機(jī)上只有幾十個(gè)量子位，但現(xiàn)有設(shè)備幾乎不可能容納幾十萬(wàn)個(gè)量子位。 其理由之一是，需要將超導(dǎo)電子振蕩器產(chǎn)生的量子位冷卻到接近絕對(duì)零度的溫度，即負(fù)273度。 這將抑制熱擾動(dòng)，并導(dǎo)致量子計(jì)算錯(cuò)誤，因?yàn)闊釘_動(dòng)會(huì)失去量子態(tài)的疊加特性，即所謂的去相干性。

當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)是，如何連接兩個(gè)超導(dǎo)量子芯片，以在最大限度減少干擾的情況下交換疊加狀態(tài)。 這是通過(guò)從一個(gè)超導(dǎo)振蕩器發(fā)射并由另一個(gè)振蕩器接收的微波光端子實(shí)現(xiàn)的。 在此期間，它們通過(guò)波導(dǎo)。 這是一個(gè)寬幾厘米的金屬腔，需要強(qiáng)力冷卻，使光子的量子狀態(tài)不受影響。

每個(gè)量子芯片在低溫恒溫器(一個(gè)非常強(qiáng)大的冰箱)中冷卻幾天，使用壓縮的液氦，溫度比絕對(duì)零度高百分之幾。 因此，在制作量子鏈路的長(zhǎng)5米的波導(dǎo)上，安裝有由銅板數(shù)層構(gòu)成的框體。 各層為低溫恒溫器不同溫度階段的隔熱板，-223度、-269度、-272度，最后為-273、1度。

沒(méi)有桌面實(shí)驗(yàn)

 “所以，這絕不是一個(gè)可以放在小工作臺(tái)上的“桌面”實(shí)驗(yàn)，”瓦爾拉夫說(shuō)。 “在這方面已經(jīng)進(jìn)行了很多開(kāi)發(fā)工作，ETH是建設(shè)這種雄心勃勃的裝置的理想場(chǎng)所。 這是微型CERN，我們必須先構(gòu)建幾年，用它來(lái)做有趣的事情。 ”除了正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的3名博士生外，幾位工程師和技術(shù)人員也參與了量子鏈路的制造和構(gòu)建。ETH的物理學(xué)家們不僅證明了量化鏈路可以被充分冷卻，而且證明了量化信息可以被可靠地用于在兩個(gè)量化芯片之間傳輸。 為了證明這一點(diǎn)，他們通過(guò)量子鏈路在兩個(gè)芯片之間形成了糾纏狀態(tài)。 在這種糾纏狀態(tài)下，一個(gè)量化比特的測(cè)量立即影響另一個(gè)量化比特的測(cè)量結(jié)果，該糾纏狀態(tài)也可以用于測(cè)試基礎(chǔ)量化研究。 在這些“貝爾測(cè)試”中，量子位之間的距離必須足夠遠(yuǎn)，以排除以光速傳遞信息的可能性。

當(dāng)瓦爾拉夫和他的合作者們用這個(gè)新鏈接做實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們已經(jīng)開(kāi)始研究更長(zhǎng)的量子鏈接。 一年前，他們能給10米長(zhǎng)的連接提供足夠的冷卻，但沒(méi)有做任何量子實(shí)驗(yàn)。 現(xiàn)在他們正在研究30米的量子鏈路。 ETH的房間是特別準(zhǔn)備的。