量子位如何根据需要生成支持量子处理器之间通信所需的光子

麻省理工学院的研究人员通过将超导量子位连接到微波传输线上，展示了量子位如何根据需要生成支持量子处理器之间通信所需的光子。该演示是迈向可靠实现互连的一步，该互连将使模块化量子计算系统能够以比传统计算机快几倍的速度执行。

超导量子位无法支持与附近和相邻（位于同一位置）的量子位之间的交互性，而不仅仅是本地发生的交互。通过插入微波波导作为量子互连的基础，量子信息可以从一个位置传播到另一个位置。微波传输线或波导驱动该通信，因为包含在量子位中的激发产生光子对，该光子对发射到波导中，然后传播到两个遥远的处理节点。光子被纠缠，充当一个奇异的系统，并以高效率将纠缠分布在整个量子网络中。

产生光子的新型波导量子电动力学体系结构表明，量子位可以充当波导的量子发射器。研究人员进一步证明，发射到波导中的光子之间的量子干扰会产生纠缠的，沿相反方向传播的流动光子。这些光子及其运动可用于量子处理器之间的长距离通信。

纠缠的光子对由沿着波导放置的量子位生成并传播远离量子位。由Sampson Wilcox提供。

该架构是由MIT当前研究团队成员Bharath Kannan和William Oliver先前的工作推导而来的，该架构引入了一种基于量子比特的超导波导量子电动力学架构。这项工作通过调整量子位的频率来调节量子位与波导相互作用的强度，从而实现了低误差量子计算和处理器之间的量子信息共享，从而保护了脆弱的量子位不受波导引起的去相干效应的影响，并允许执行qubit操作。该演示的特点是研究人员随后重新调整了量子位频率，以使量子位可以以光子形式将量子信息释放到波导中。

在执行计算时，经典计算机依靠电线来通过处理器来回路由信息。在量子计算机中，信息本身是量子力学的，并且非常脆弱，因此需要同时处理和传达信息的策略。

自发的参数下转换和光电探测器可以在光学系统中产生纠缠的光子，这种纠缠通常是随机的。这种随机性有损模块化和纠缠的能力，无法支持分布式系统中量子信息的按需通信。

责任编辑：lq