芝加哥大學(University of Chicago)的研究人員透過一根連線一個量子網路節點和另一個節點的通訊電纜傳送了糾纏態，這是量子計算領域的一項突破。

芝加哥大學普利茲克分子工程學院(PME)的研究人員還透過同一根電纜放大了糾纏態，首先用電纜將兩個量子位元纏繞在兩個節點上，然後將這些量子位元與節點上的其他量子位元進一步糾纏。

該研究結果於2021年2月24日發表在《自然》雜誌上，可能會幫助量子計算變得更可行，併為未來的量子通訊網路奠定基礎。

領導這項研究的安德魯·克萊蘭教授說:“開發能讓我們轉移糾纏態的方法，對於擴大量子計算的規模至關重要。”

透過網路傳送糾纏光子

量子位是量子資訊的基本單位。科學家和工程師們利用它們的量子特性，比如疊加，以及它們纏繞在一起的能力，正在創造下一代量子計算機，它將能夠解決以前無法解決的問題。

克萊蘭實驗室使用超導量子位，一種可以用電操縱的微型低溫電路。

為了透過一根一米長的通訊電纜傳送糾纏態，研究人員建立了一個實驗裝置，在兩個節點上各設定三個超導量子位元。他們將每個節點的一個量子位元連線到電纜上，然後以微波光子的形式透過電纜傳送量子態，資訊損失最小。量子態的脆弱特性使得這一過程頗具挑戰性。

Cleland的前博士後研究員、論文第一作者鍾友鵬開發了一個系統，在這個系統中，整個傳輸過程——節點到線纜到節點——只需要幾十納秒(一納秒是十億分之一秒)。這使得它們可以在很少的資訊丟失的情況下發送糾纏態。

該系統還允許他們“放大”量子位元的糾纏。研究人員在每個節點上使用一個量子位元，透過電纜傳送半光子使它們糾纏在一起。然後，他們將這種糾纏擴充套件到每個節點的其他量子位元上。當它們完成時，兩個節點中的所有六個量子位元在一個單一的全域性糾纏態中糾纏。

創造一個可伸縮的、聯網的量子計算機

在未來，量子計算機可能會由一系列糾纏量子位進行計算的模組組成。這些計算機最終可能由許多這樣的網路模組組成，類似於今天的超級計算機在許多相互連線的中央處理器上進行平行計算的方式。將量子位元遠端糾纏在不同模組或節點上的能力，是實現這種模組化方法的一個重大進步。

“這些模組將需要相互發送複雜的量子態，這是朝著這個方向邁出的一大步，”Cleland說。量子通訊網路也有可能利用這一進展。

Cleland和他的團隊希望下一步將他們的系統擴充套件到三個節點，以建立三方糾纏。

“我們想要證明超導量子位在未來的發展中有一個可行的角色，”他說。