中國科大基于固態量子存儲實現跨越7公里的分布式光量子計算

　　中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在量子網絡領域取得重要進展。該團隊李傳鋒、周宗權、柳必恒等基于多模式固態量子存儲和量子門隱形傳送協議在合肥市區實現了跨越7公里的非局域量子門，并演示了分布式的Deutsch-Jozsa算法及量子相位估計算法。10月2日，相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

　　分布式量子計算是解決量子計算可擴展性難題的可行路徑。它通過非局域量子門連接獨立的量子計算節點，從而整合量子網絡中的算力資源來提升量子計算規模。然而，非局域量子門目前僅在數十米的尺度下實現實驗演示，無法滿足在大尺度量子網絡中整合算力資源的需求。

　　該工作基于量子門隱形傳送協議來建立兩個量子節點之間的非局域量子門。兩個量子節點之間的直線距離為7公里，分別位于中國科大東校區和合肥市大蜀山東側。該研究在兩節點間使用通信波段光子和專線光纜進行量子糾纏態的遠程分發。進而，中國科大節點和大蜀山節點分別執行本地的兩比特量子門操作。中國科大節點采用摻銪硅酸釔晶體實現糾纏光子的存儲，直到接收到大蜀山節點的測量結果，并根據這一結果執行相應的單比特門操作。

　　實驗結果表明，中國科大節點的光子與大蜀山節點的光子之間完成了兩比特非局域量子門操作，其中受控非門的保真度達88.7%。固態量子存儲器的糾纏存儲時間達到80.3μs，比前人工作提升近2倍，且糾纏存儲的時間模式數達1097個，使得非局域量子門的生成速率獲得了線性提升。基于非局域量子門，科研人員進而在這兩個遠程節點間演示了兩比特的Deutsch-Jozsa算法以及量子相位估計算法，實現了量子算法的遠程分布式執行。

　　該工作首次在城市距離上實現分布式光量子計算的演示，展示了基于量子存儲和通信光纜構建分布式量子計算網絡的可行性，為規模化量子計算的實現提供了新思路。審稿人對這一成果給予高度評價。

　　研究工作得到科技創新2030重大項目、國家自然科學基金、中國科學院相關項目以及安徽省的資助。