5個(gè)量子芯片的互聯(lián)示意圖。 圖片來源：《自然-電子學(xué)》

　　近日，南方科技大學(xué)深圳量子科學(xué)與工程研究院超導(dǎo)量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了超低損耗的量子芯片互聯(lián)技術(shù)，將芯片間量子態(tài)傳輸?shù)谋Ｕ娑忍岣叩絾涡酒剑?9%）。研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了5個(gè)量子芯片的互聯(lián)，并展示了跨3個(gè)芯片的12比特最大糾纏態(tài)（GHZ態(tài)），為大規(guī)模、可擴(kuò)展分布式量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-電子學(xué)》。

　　近年來，超導(dǎo)量子計(jì)算發(fā)展迅速，可操作量子比特?cái)?shù)目有望在未來幾年擴(kuò)展到數(shù)千個(gè)以上。然而，隨著比特?cái)?shù)量的增加，在單芯片上集成更多比特變得越來越困難。分布式量子計(jì)算通過多個(gè)量子芯片互聯(lián)構(gòu)建大規(guī)模量子處理器，有望突破困境，但目前芯片間的高性能互聯(lián)仍是技術(shù)難題。

　　在該研究中，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近兩年的技術(shù)攻堅(jiān)，研發(fā)出超低損耗且易于鍵合連接的超導(dǎo)同軸線，并在量子芯片上集成了阻抗轉(zhuǎn)換器，以降低量子芯片連接界面的損耗。通過這些技術(shù)創(chuàng)新，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了超高性能的超導(dǎo)量子芯片互聯(lián)，信道單光子品質(zhì)因子達(dá)到8.1×105，信道相干時(shí)間達(dá)到單芯片上量子比特的水平，跨芯片量子態(tài)傳輸保真度達(dá)99%。

　　利用該低損耗芯片互聯(lián)技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了5個(gè)量子芯片的互聯(lián)，其中每個(gè)芯片上集成4個(gè)量子比特，構(gòu)成一個(gè)20比特的分布式量子處理器。基于該分布式量子處理器，研究團(tuán)隊(duì)展示了跨芯片多比特糾纏態(tài)的制備，實(shí)現(xiàn)了跨芯片分布的4比特GHZ態(tài)，其保真度達(dá)到92%，是分布式超導(dǎo)量子處理器第一次在量子糾纏態(tài)制備上達(dá)到單芯片的性能。

　　最終，通過更多的跨芯片量子態(tài)傳輸和單芯片上的邏輯門操作，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了跨3個(gè)芯片的12比特最大糾纏態(tài)，該GHZ態(tài)保真度達(dá)到55.8%。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41928-023-00925-z