99.999993%！量子比特的传输速度和精度双双创世界纪录

光子盒研究院出品

科学家们向大规模量子计算机迈出了新的一步：萨塞克斯大学(University of Sussex)和Universal Quantum团队以创纪录的速度和精度首次证明了量子比特（qubits）可以在量子计算机微芯片之间直接传输；他们将量子微芯片像拼图一样连接在一起，以制造强大的量子计算机。

图中所示两个量子计算机微芯片，量子比特以创纪录的速度从一个微芯片传输到另一个。

连接量子芯片，创造世界纪录

现在，量子计算机在100量子比特的规模上运行。专家们预计，要解决当今最强大的超级计算机所不能解决的重要问题，需要数百万个量子比特。全球正在进行一场开发量子计算机的竞赛，它可以帮助解决许多重要的社会挑战，包括药物发现、提高化肥生产的能源效率，以及解决航空、金融等几乎所有行业的重要问题。

目前，计算机以简单的线性方式解决问题，每次进行一次计算。

在量子领域，粒子可以同时出现在两个地方，研究人员希望利用这一特性来开发可以同时进行多种计算的计算机；量子粒子也可以相隔数百万公里而联系在一起，瞬间反映出彼此的行动。这两大特性都可以用来开发更强大的计算机。

不过，一大障碍是需要在芯片之间快速、可靠地传输量子信息：因为信息会衰减，而且会引入错误。此次的研究成果可能将解决这一问题。

在2月8日发表在《自然·通讯》上的研究论文中[1]，科学家们展示了他们使用称之为”UQConnect"的新技术，利用电场链路(electric field links)，使量子比特以前所未有的速度和精度从一个量子计算微芯片模块移动到另一个。

最终，该团队成功地传输了量子比特，成功率为99.999993%，连接率为每秒2424，这两个数字都是世界纪录，比以前的解决方案要高几个数量级。研究人员表示[2]，这表明原则上可以将芯片组合在一起，从而制造出更强大的量子计算机。

萨塞克斯大学量子技术教授、Universal Quantum公司首席科学家兼联合创始人Winfried Hensinger教授说：“随着量子计算机的发展，我们最终会受制于微芯片的尺寸，这限制了芯片所能容纳的量子比特的数量。因此，模块化方法是使量子计算机强大到足以解决改变行业问题的关键。在证明我们可以连接两个量子计算芯片时，它运作良好，我们释放了通过连接数百甚至数千个量子计算微芯片来扩大规模的潜力。”

为了实现模块化离子阱量子计算机，连接两个模块（模块A和模块B）的过程图示。

离子阱的微芯片模块

Winfried Hensinger

Universal Quantum：有望实现商业化、大规模量子计算

在以创世界纪录的速度连接两个模块的同时，科学家们还证实了量子比特的量子特性在传输过程中没有受到影响：例如，量子比特的叠加态。

Universal Quantum公司首席执行官兼联合创始人、萨塞克斯大学量子技术高级讲师Sebastian Weidt博士说[3]：“我们不懈地专注于为人们提供一种工具，以能够彻底改变他们的工作领域。Universal Quantum公司和萨塞克斯大学的团队在这里做了一些真正不可思议的事情，这将有助于使我们的愿景成为现实。这些令人兴奋的结果显示了Universal Quantum的量子计算机的非凡潜力，足以释放出量子计算许多可以改变生活的应用潜力。”

Sebastian Weidt

Universal Quantum公司刚刚从德国航空航天中心（DLR）获得6700万欧元，用于建造两台量子计算机，他们将在机器中部署这项新的技术。公司最近还获得了“2022年英国物理学会商业初创公司奖”。

Weidt补充说：“DLR的合同可能是有史以来交给一家公司的最大的政府量子计算合同之一。这是对我们技术的一个巨大认可。Universal Quantum公司现在正努力在我们即将推出的商业机器中部署这项技术。”

Mariam Akhtar博士在担任萨塞克斯大学研究员和Universal Quantum公司的量子顾问期间，与博士生Falk Bonus和博士后Foni Raphaël Le Brun-Ricalens一起领导这项研究。

Akhtar博士说：“该团队已经证明了使用量子链路的快速和相干的离子传输。这项实验验证了Universal Quantum公司一直在开发的独特架构——为实现真正的大规模量子计算提供了一条令人兴奋的途径。”

Mariam Akhtar

大规模量子计算：物理+数学+工程……

Michael Cuthbert教授是在牛津郡新成立的国家量子计算中心的主任，独立于萨塞克斯大学的研究团队，他将这项进展描述为“真正重要的一大进步”。但他说，要开发出实用的系统还需要更多的工作。“为了建立在未来需要的那种量子计算机，一开始就需要把指甲盖大小的芯片连接起来，得到一个‘餐盘’大小的东西。萨塞克斯大学的研究团队已经表明，量子比特可以实现快速且稳定的传输。”

“但随后需要一种机制将这些‘餐盘’连接在一起，以扩大机器的规模：可能有一个足球场那么大，以便进行现实的和有用的计算，而这种规模的通信技术还没有出现。”

萨塞克斯大学的博士生Sahra Kulmiya表示，该团队已经准备好迎接挑战，将该技术提升到新的水平。“这不再仅仅是一个物理学问题，它是一个工程问题，一个计算机科学问题，也是一个数学问题。”

英国领先的工程公司之一——罗尔斯罗伊斯，也对这项技术持乐观态度。它正在与萨塞克斯大学的研究人员合作，开发可以设计更好的喷气发动机的机器：强大的计算机被用来模拟空气流动，以测试飞机发动机的新设计。

参考链接：

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-022-35285-3

[2]https://www.bbc.com/news/science-environment-64492456

[3]https://medium.com/@universalquantum/record-breaking-discovery-solves-major-quantum-puzzle-by-fitting-computers-together-like-a-2b330bd92865

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