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美國芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)突破了量子通信瓶頸，從理論上將量子計(jì)算機(jī)之間的連接距離大幅擴(kuò)展至2000公里。按照這一進(jìn)展，原本無法“對(duì)話”的芝加哥大學(xué)量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在甚至能與遠(yuǎn)在猶他州鹽湖城郊外的設(shè)備建立聯(lián)系。團(tuán)隊(duì)表示，這意味著構(gòu)建全球規(guī)模量子互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)首次真正“觸手可及”。這一研究成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》上。
量子計(jì)算機(jī)以其強(qiáng)大的計(jì)算能力和驚人的運(yùn)算速度著稱，但長期以來，它們難以實(shí)現(xiàn)長距離互聯(lián)。此前，兩臺(tái)量子計(jì)算機(jī)通過光纖連接的最遠(yuǎn)距離僅有幾公里，這意味著即便鋪設(shè)光纜，芝加哥大學(xué)南校區(qū)的量子設(shè)備也無法與位于市中心威利斯大廈的另一臺(tái)設(shè)備通信。
如今這一限制有望被徹底打破。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于通過光纖讓遙遠(yuǎn)地點(diǎn)的原子產(chǎn)生“糾纏”。但糾纏態(tài)能維持多久，直接決定了通信距離的上限。這種維持時(shí)間被稱為“量子相干時(shí)間”。新研究中，團(tuán)隊(duì)將單個(gè)鉺原子的相干時(shí)間從原來的0.1毫秒提升到超過10毫秒，在某些實(shí)驗(yàn)條件下，甚至達(dá)到了24毫秒。理論上，這甚至足以支持高達(dá)4000公里內(nèi)的量子連接。
這項(xiàng)突破并非來自新發(fā)現(xiàn)的材料，而是源于制造工藝的革新。傳統(tǒng)方法采用“直拉法”，即將原料在超過2000攝氏度的高溫熔爐中熔化，再緩慢冷卻結(jié)晶，隨后通過化學(xué)蝕刻“雕刻”出所需器件。而現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)改用了一種名為分子束外延的技術(shù)，逐層噴涂原子，像3D打印一樣精準(zhǔn)構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)。
量子光學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)、西班牙巴塞羅那光子科學(xué)研究所教授于格·德·里德馬滕未參與此項(xiàng)研究，他評(píng)論稱，該項(xiàng)工作極具創(chuàng)新性，為未來規(guī)模化生產(chǎn)可聯(lián)網(wǎng)量子比特開辟了一條可行路徑。
下一步，團(tuán)隊(duì)將驗(yàn)證延長的相干時(shí)間是否真能支撐長距離量子通信，他們已計(jì)劃模擬跨城市通信場景。
來源：科技日?qǐng)?bào)
