量子计算是当前国际科学研究的重要领域，许多国家都在研发性能更加强大的量子计算机。一个想法是在量子计算机上实现越来越多的量子位。然而，随着量子比特数量的增加，信号串扰、布线和制冷方面都会出现技术限制。因此，开发多台量子计算机并让它们远程互连并协同工作以实现分布式量子计算已成为近年来量子计算研究的新思路。
然而，分布式量子计算存在一系列技术难点。以往的非局域量子门运算只能在数十米的距离内实现，无法满足大规模量子网络中整合计算资源的需求。
近日，郭光灿院士团队基于量子门隐形传态协议，在两个量子节点之间建立了非局域量子门。两个量子节点分别位于中国科学技术大学东校区、合肥市大蜀山东侧。直线距离7公里。
合肥市中心全长7公里的非局域量子门示意图。 （研究团队供图）
研究团队首先在两个节点之间使用通信波段光子和专用光缆来远程分配量子纠缠态。随后，两个节点分别执行本地两位量子门操作。一项重要的技术突破是，他们使用掺铕硅酸钇晶体材料实现了纠缠态的长期存储，从而支持两个远程节点之间的量子通信和同步。进一步的本地单位操作可以将本地两位量子门传送到远距离两位量子门。
实验结果表明，两个节点的光子之间完成了两位非局域量子门运算，受控非门的保真度达到88.7%。固态量子存储器的纠缠存储时间是之前工作的近两倍，纠缠存储的时间模式数量达到1097个，导致非局域量子门的生成率线性增加。基于非本地量子门，研究团队进一步演示了两位远程节点之间的两位-Jossa算法和量子相位估计算法，成功实现了量子算法的远程分布式执行。
研究人员表示，这项研究首次实现了城市距离的分布式光量子计算演示，论证了基于量子存储和通信光缆构建分布式量子计算网络的可行性，为实现大规模光量子计算提供了新思路。规模量子计算。
《自然通讯》杂志的审稿人对此给予高度评价，称“这项研究在实现量子网络方面取得了重要进展，为实现分布式量子信息处理开辟了新的实验方向”。 （记者 徐海涛 戴伟）
