美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院團隊突破了量子通信瓶頸，從理論上將量子計算機之間的連接距離大幅擴展至2000公里。按照這一進展，原本無法“對話”的芝加哥大學量子計算機，現在甚至能與遠在猶他州鹽湖城郊外的設備建立聯系。團隊表示，這意味著構建全球規(guī)模量子互聯網的技術首次真正“觸手可及”。這一研究成果發(fā)表在最新一期《自然·通訊》上。
量子計算機以其強大的計算能力和驚人的運算速度著稱，但長期以來，它們難以實現長距離互聯。此前，兩臺量子計算機通過光纖連接的最遠距離僅有幾公里，這意味著即便鋪設光纜，芝加哥大學南校區(qū)的量子設備也無法與位于市中心威利斯大廈的另一臺設備通信。
如今這一限制有望被徹底打破。實現的關鍵在于通過光纖讓遙遠地點的原子產生“糾纏”。但糾纏態(tài)能維持多久，直接決定了通信距離的上限。這種維持時間被稱為“量子相干時間”。新研究中，團隊將單個鉺原子的相干時間從原來的0.1毫秒提升到超過10毫秒，在某些實驗條件下，甚至達到了24毫秒。理論上，這甚至足以支持高達4000公里內的量子連接。
這項突破并非來自新發(fā)現的材料，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，再緩慢冷卻結晶，隨后通過化學蝕刻“雕刻”出所需器件。而現在團隊改用了一種名為分子束外延的技術，逐層噴涂原子，像3D打印一樣精準構建晶體結構。
量子光學領域先驅、西班牙巴塞羅那光子科學研究所教授于格·德·里德馬滕未參與此項研究，他評論稱，該項工作極具創(chuàng)新性，為未來規(guī)模化生產可聯網量子比特開辟了一條可行路徑。
下一步，團隊將驗證延長的相干時間是否真能支撐長距離量子通信，他們已計劃模擬跨城市通信場景。
來源：科技日報
