任意门不再是梦？陆实现「跨越7公里」分散式光量子计算

大陆科学家研究跨越7公里分散式光量子计算获重要进展。图为在合肥市区跨越7公里的非局域量子门示意图。（大陆央视╱研究团队提供）

大陆央视新闻报导，中国科学技术大学指出，该校郭光灿院士团队在量子网路领域取得重要进展——基于固态量子存储实现跨越7公里的分散式光量子计算。研究成果日前发表在国际期刊《自然·通讯》。

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和量子门隐形传送协议，在合肥市区实现了跨越7公里的非局域量子门。

分散式量子计算是解决量子计算可扩展性难题的一条可行路径，它通过非局域量子门连接独立的量子计算节点，从而整合量子网路中的算力资源来实现量子计算规模的提升。然而，非局域量子门目前仅在数十米的尺度下实现实验演示，无法满足在大尺度量子网路中整合算力资源的需求。

在该工作中，研究团队基于量子门隐形传送协议来建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距离为7公里，分别位于中国科学技术大学东校区（简称中国科大）和合肥市大蜀山东侧（简称大蜀山）。研究团队首先在两节点间使用通信波段光子和专线光缆进行了量子纠缠态的远端分发。随后，中国科大节点和大蜀山节点分别执行本地的两比特量子门操作。中国科大节点采用掺铕矽酸钇晶体实现纠缠光子的存储，直到接收到大蜀山节点的测量结果，并根据这一结果执行相应的单比特门操作。

实验结果表明，固态量子记忆体的纠缠存储时间达到80.3μs，相比前人工作提升近2倍，并且纠缠存储的时间模式数达1097个，使得非局域量子门的生成速率获得了线性的提升。基于非局域量子门，研究团队进一步操控，实现了量子演算法的远端分散式执行。

该工作首次在城市距离上实现分散式光量子计算的演示，展示了基于量子存储和通信光缆构建分散式量子计算网路的可行性，为规模化量子计算的实现提供了新思路。