耶鲁大学的研究人员已经证明了构建模块化量子计算机架构的关键步骤之一：根据需要，在两个量子比特之间“远距传送”量子门。
研究结果于9月5日在线发表在《自然》杂志上。
这项新工作背后的关键原则是量子隐形传态，这是量子力学的一个独特特征，以前曾用于在两方之间传输未知量子态而无需物理地发送状态本身。使用20世纪90年代开发的理论协议，耶鲁大学的研究人员通过实验证明了量子操作或量子“门”，而不依赖于任何直接的相互作用。这种门是依赖于单独量子系统网络的量子计算所必需的——许多研究人员认为这种架构可以抵消量子计算处理器中固有的错误。
耶鲁量子研究所，由首席研究员Robert Schoelkopf和前研究生Kevin Chou 领导的耶鲁研究小组正在研究量子计算的模块化方法。研究人员表示，从最新的SpaceX火箭的生物细胞组织到发动机网络的各个方面都可以找到模块化，这已被证明是构建大型复杂系统的有力策略。量子模块化体系结构由一组模块组成，这些模块用作连接到更大网络的小量子处理器。
此体系结构中的模块彼此之间具有自然隔离，从而减少了通过较大系统的不必要的交互。研究人员表示，这种隔离也使模块之间的操作成为一项独特的挑战。传送门是实现模块间操作的一种方式。“我们的工作第一次证明了这个协议。在此协议中经典通信实时发生，它允许我们实施’确定性’操作，每次都执行所需的操作。”Chou说。完全有用的量子计算机有可能达到比现在的超级计算机快几个数量级的计算速度。耶鲁大学的研究人员处于开发第一批完全有用的量子计算机的前沿，并在超导电路的量子计算方面做了开创性的工作。
量子计算是通过称为量子比特的精细数据比特(bit)完成的，这些数据容易出错。在实验量子系统中，“逻辑”量子比特(qubit)由“辅助”量子比特监控，以便立即检测和纠正错误。“我们的实验也是逻辑量子比特之间两量子比特运算的首次演示，”Schoelkopf说，“这是使用可纠错的量子比特进行量子信息处理的里程碑。”该研究的共同作者是现任和前任耶鲁大学研究生Jacob Blumoff，Christopher Wang，Philip Reinhold，Christopher Axline和Yvonne Gao；高级研究科学家Luigi Frunzio；以及Michel Devoret教授和 Liang Jiang教授。
这项研究工作由陆军研究办公室和海军研究办公室提供资金支持。
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