利用波导量子体系生成纠缠通信光子

在当前的超导量子处理系统中，量子比特之间通常都只是近邻相互作用，而实现更丰富的相互作用将能够进行更加优化的量子线路设计，从而提高量子处理系统的性能。同时，构建网络模块化的量子处理系统也是量子计算的目标之一，而网络化的量子系统就必须要实现网络中不同量子处理节点之间的相互通信，例如通过生成发射、中继路由和接收捕获纠缠通信光子来实现。

       近日，来自美国MIT的研究人员，利用超导量子比特直接与微波波导耦合的系统生成了纠缠通信光子，该纠缠光子可用于远距离量子比特之间的耦合作用，也可用于量子处理系统模块之间的量子通信，其研究成果发表在了《Science Advances》期刊上。该研究小组采用如下图中所示样品，一根波导传输线上直接耦合了三个transmon量子比特，量子比特与波导的耦合强度保持一致。通过调节量子比特的频率，使量子比特的频率与两者之间的空间距离满足一定关系，再激发量子比特，即可通过量子比特生成纠缠光子发射到波导中。

该研究小组利用这种简单的结构即生成了N00N态，并验证了生成发射的光子状态和空间纠缠可以通过量子比特频率进行调节，利用正交振幅检测得到纠缠态制备保真度为84%。该生成纠缠通信光子的新型方案，只需要简单的波导和超导量子比特，验证了在这种简单的结构中，利用量子干涉生成量子通信和隐形传态所需的纠缠光子的可行性，也为网络模块化的量子处理系统构建提供了一种路径。

       论文信息：http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abb8780