改善的波导量子电动力学架构激发量子位光子生成

通过将超导量子位连接到微波传输线，麻省理工学院的研究人员演示了量子位如何按照需求产生支持量子处理器之间通信所需的光子。这个实验演示是迈向可靠互连的一步，它可以使模块化量子计算系统能够以比传统计算机快指数级速度运行。

超导量子位无法使用相邻的(同地)量子位来支持远距离信息交互。通过插入微波波导作为量子互连的基础，量子信息可以从一个位置运行到另一个位置。微波传输线(或波导)可以驱动通信，因为量子位中包含的激发过程产生光子对,这些光子对发射到光波导中，然后传送到两个远距离的处理节点。光子对是纠缠的，作为一个单一的系统，并在整个量子网中以高效率的速度分布纠缠。

产生光子的新波导量子电动力学架构表明量子位可以作为波导的量子发射器。研究人员进一步证明，发射到波导中的光子之间通过量子相干产生纠缠的、流动的光子，它们向相反的方向移动。这些光子及其运动可用于量子处理器之间的远距离通信。

纠缠的光子对由沿波导放置的量子位生成并传播。Sampson Wilcox 供图。

这个架构源自麻省理工学院现任研究小组成员BharathKannan和Will williamO oliver之前的工作，他们引入了一种基于超导量子位波导量子电动力学架构。这项工作实现了低误差量子计算和处理器之间的量子信息共享，这是通过调整量子位的频率来调整量子波导之间相互作用强度，从而实现低误差信息传输。这样可使脆弱的量子位免受波导引起的分离效应，并允许执行量子位操作。研究人员在实验演示中接着重新调整了量子位频率，使量子位能够以光子形式向波导释放量子信息。

在执行计算时，经典计算机依靠电线来分发通过处理器的路由信息。在量子计算机中，信息本身是基于量子力学的，而且极其脆弱，因此需要其它的策略来同时处理和传达信息。自发参数的向下转换和光探测器可以在光学系统中产生纠缠光子时，这种纠缠通常是随机的。这种随机性不利于模块化和纠缠的能力，即支持分布式系统中量子信息按需通信。研究人员尚未执行处理器之间的通信，而是展示了生成的光子在量子通信和互连协议等应用都是有用的。

这项研究成果发表在《Science Advances》上(www.doi:10.1126/sciadv.abb8780).