中国科大基于固态量子存储实现跨越7公里的分布式光量子计算

　　日前，中国科年夜郭光灿院士团队正在量子收集范畴取患上重要进展。该团队李传锋、周宗权、柳必恒等人基于多模式固态量子存储以及量子门隐形传送和谈正在合胖郊区完成了逾越7千米的非局域量子门，并演示了漫衍式的Deutsch-Jozsa算法及量子相位预计算法。该结果10月2日颁发正在国际期刊《天然·通信》上。

　　漫衍式量子计较是解决量子计较可扩大性难题的一条可行路径，它经由过程非局域量子门毗连自力的量子计较节点，从而整合量子收集中的算力资本来完成量子计较范围的晋升。然而，非局域量子门今朝仅正在数十米的标准下完成试验演示，无奈餍足正在年夜标准量子收集中整合算力资本的需要。

　　正在该事情中，研究团队基于量子门隐形传送和谈来成立两个量子节点之间的非局域量子门。两个量子节点之间的直线间隔为7千米，划分位于中国迷信技能年夜学东校区（简称中国科年夜）以及合胖市年夜蜀山东侧（简称年夜蜀山）。研究团队起首正在两节点间应用通讯波段光子以及专线光缆举行了量子纠缠态的长途分发。随后，中国科年夜节点以及年夜蜀山节点划分履行当地的两比特量子门操作。中国科年夜节点采纳掺铕硅酸钇晶体完成纠缠光子的存储，直到吸收到年夜蜀山节点的丈量成果，并凭据这一成果履行响应的单比特门操作。

　　试验成果标明，中国科年夜节点的光子与年夜蜀山节点的光子之间实现了两比特非局域量子门操作，此中受控非门的保真度达88.7%。固态量子存储器的纠缠存储时间到达80.3μs，相比后人事情晋升近2倍，而且纠缠存储的时间模式数达1097个，使患上非局域量子门的天生速度得到了线性的晋升。基于非局域量子门，研究团队进一步正在这两个长途节点间演示了两比特的Deutsch-Jozsa算法和量子相位预计算法，胜利完成了量子算法的长途漫衍式履行。

　　该事情初次正在都会间隔上完成漫衍式光量子计较的演示，展示了基于量子存储以及通讯光缆构建漫衍式量子计较收集的可行性，为范围化量子计较的完成供给了新思绪。

　　审稿人对该事情赐与高度评估：“This is an excellent work combining several very challenging technical elements (entangled pair generation, optical quantum memory, metropolitan quantum link) in a first of a kind demonstration（这是一项良好的事情，它联合了几项很是具备应战性的技能因素，包含纠缠光子对、光量子存储器、城域量子通讯，完成了创始性的演示）”；“We believe that this study reports significant technical advances towards the realization of quantum networks in a way that it initiates a new experimental direction for distributed quantum information processing（咱们以为该事情正在完成量子收集方面取患了重要的进展，它斥地了一个新的试验标的目的去完成漫衍式量子信息处置惩罚）”。

　　中国迷信院量子信息重点试验室特任副研究员刘肖、特任传授胡晓敏以及博士后朱天翔为论文配合第一作者。该事情获得了科技立异2030重年夜名目、国度天然迷信基金委、安徽省和中国迷信院的赞助。周宗权获得中国迷信院青年立异促成会优异会员的赞助。专线光缆的铺设获得了中国联通安徽省份公司的撑持。

图1：逾越7千米的非局域量子门。a.量子节点漫衍舆图以及试验安装图; b.量子门隐形传送的逻辑路线图

图2：漫衍式量子计较算法的演示。a-e.Deutsch-Jozsa算法的逻辑路线图以及试验成果；f-j.量子相位预计算法的逻辑路线图以及试验成果

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52912-3