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量子通讯时期又迎来了新阐发！

牛津大学商量东谈主员在Nature上发表的最新商量，在两米的距离上竣事了确信性的量子门传送，保真度达86%。

商量东谈主员示意，这项商量给各式物理平台的大限制量子揣测提供了可行的路线，并为量子互联网打下了基础。

踱步式量子揣测（DQC）不错在不毁伤性能或量子比特研究性，是本质大型量子电路的梦想方法，光子汇集适配合为其中的互联层。

借助光子汇集，通过量子门传送（QGT）在汇荟萃的物资量子比特之间分享而已纠缠，不错竣事全互连的逻辑研究，但要求传送过程具备确信性和可叠加性，之前的时期无法保证。

牛津团队的这项商量，则在量子门传送着实信性问题上竣事了冲破——在作家诡计的传输链路上，竣事了高保真度确信性传送，并以71%的奏服从运行了Grover搜索算法

作家先容，这是初度竣事由多个非局域两量子比特门构成的踱步式量子算法。

有网友评价称，这是量子揣测的一个首要里程碑——

天然不同于科幻场景中的“传送”（指宏不雅物体的传送），但跨措置器传输量子信息不错让咱们更接近（竣事）实用的量子汇集。

而已纠缠的引诱

这项商量的中枢想路是运用量子纠缠当作资源，通过量子门传送，在两个模块中的量子比特电路之间本质非局域量子门操作

着手，两个相距2米的拿获离子模块（量子通讯界限民俗性分一名之为“Alice”和“Bob”）各自储存了一个88Sr+离子和一个43Ca+离子，分别充任不同变装：

88Sr+离子用作汇集量子比特，运用其与422nm单光子的高效耦配合为量子接口；43Ca+离子则运用其磁不解锐的基态超密致能级编码电路量子比特，同期也充任赞助量子比特参与局域操作。

两个模块先通过交换光子在Sr+离子之间引诱而已纠缠，然后运用这种纠缠当作量子信谈，献媚局域操作和经典通讯，将逻辑门操作从一个模块“传送”到另一个模块，从而竣事了卓绝物理距离的量子揣测。

其中的第一步，即是要在两个Sr+离子之间引诱而已纠缠。

具体来说，对每个88Sr+离子，通过波长为422nm的激光激励，使其以一定概率从基态跃迁到5P1/2激励态，再自觉放射回到5S1/2基态的两个Zeeman亚能级，同期开释出一个σ±极化的单光子。

这个过程会以很大略率产生最大离子-光子纠缠态

采集到的422nm单光子会被引入单模光纤，并在一个而已的Bell态分析器中夹杂。

当两个光子同期到达分束器的两个输入端口时，它们会发生Hong-Ou-Mandel插手并“霸占”合并个输出端口。

若是两个探伤器正巧在顺当令期窗口（约为光子关连时期）内分别探伤到一个光子，就投影两个Sr+离子到一个最大纠缠Bell态 。这个过程称为纠缠交换

若是Bell态分析器给出顺应的探伤后果（每个探伤器探伤到一个光子），就宣告两个Sr+离子之间的而已纠缠引诱奏效。

一朝探伤奏效，两边就立即开展后续的量子操控；若是探伤失败，就叠加上述设施，直到奏效为止。

引诱Sr+离子之间的Zeeman态纠缠后，用波长674nm的激光将两个Sr+离子的基态快速振荡到耦合强度更大的光学跃迁上，幸免后续局域操作中纠缠的退关连。

实验中每次尝试的时期为1168ns，平均尝试7084次（约103ms）就不错奏效引诱一次纠缠，而已纠缠态的保真度可达96.89%

模块内的局域操作

而已纠缠引诱后，就要初始在每个模块内进行局域操作

为了让Ca+量子比特能够与Sr+离子竣事纠缠，需要先将存储在Ca+电路量子比特上的量子态临时映射到Ca+赞助量子比特上

这一操作通过两个Raman激光脉冲竣事的，波长为397nm和866nm，合手续时期约几十微秒。

之后在Sr+和Ca+赞助量子比特之间本质局域CZ门，AG百家乐为什么总是输这一步在Sr+与Ca+赞助量子比特之间竣事最大纠缠。

接收的依次是Mølmer–Sørensen纠缠门，即两离子同期受到一双蓝/红失谐的Raman激光作用，激光频差接近离子链合适的集体振动模式频率。

实验中接收波长为402nm的Raman激光对，与Sr+的5S1/2-4P2/3跃迁(408nm)和Ca+的4S1/2-4P1/2跃迁(397nm)同期耦合，从而同期对两种离子施加自旋依赖力，获取梦想的相互作用。

同期通过复合脉冲决策阻难离子加热，获取99%以上的局域纠缠保真度。

CZ门操作完成后，再用两个Raman脉冲将Ca+赞助量子比特的量子态映射来电路量子比特，收复着手的编码方法。

悉数这个词过程额外于在Sr+光学量子比特和Ca+电路量子比特之间竣事了受控相位门

离子测量和经典传送

接下来就到了传送过程的关键设施——两个量子汇集节点需要对各自的Sr+离子进行半途测量并通过经典信谈交换测量后果，以完成逻辑门操作从一个节点到另一个节点的传送。

每个节点用波长422nm的激光将Sr+离子的|S1/2⟩和|D5/2⟩态分别旋转到测量基底，然后运用氟光探伤时期测量Sr+离子的景象，测量时期设为500μs。

处于|S1/2⟩态的Sr+离子会与422nm激光发生耦合，产生彰着的荧光信号;而处于|D5/2⟩态的Sr+离子不与422nm激光耦合，因此无荧光。

通过判断是否探伤到荧光，不错识别Sr+的测量后果，记作mA和mB，取值为0或1。

一朝获取Sr+半途测量的后果，两个节点需要立行将土产货测量后果（mA或mB）通过经典信谈发送给对方，以妥协后续的单量子门操作。

这里“经典信谈”指的是一条低延伸、高保果真信息传输通谈，与量子信谈分袂开来。

实验中两个节点之间引诱了一条TTL信号线，径直研究两个节点的FPGA划定系统，传输延伸仅为25ns。

TTL信号的高下电平就示意测量后果mA和mB的取值0或1，通过预设的通讯合同，两边不错飞速交换息争读这一信息。

同期，为了保证两边时钟同步，实验还引入了一台原子钟当作共同的参考。

获取对方的测量后果后，每个节点对土产货的Ca+电路量子比特本质一个条目单量子门操作，具体取决于mA和mB的组合。

当mA ⊕ mB = 0时，本质Identity门（什么也不作念）；当mA ⊕ mB = 1时，本质Z门（额外于一个π相位）。（⊕示意异或运算）

这一操作湮灭了半途测量对Ca+量子态的影响，最终竣事了逻辑门从一个Ca+传送到另一个Ca+。

奏效运行Grover搜索算法

通过对不同输入态进行量子门操作和量子态层析，作家测试了这套量子门传送依次的保真，后果如下：

传送CNOT门的保真度为86.2%，略低于表面极限；传送iSWAP门的保真度为70%，需要2次量子门传送；传送SWAP门的保真度为64%，需要3次量子门传送。

这一后果解释了该决策能够以较高保真度竣事轻易双量子门操作在两个而已量子比特之间的传送

而已纠缠的保真度达到96.89%，接近表面极限，是高质地量子门传送的基础。

量子存储过程的保真度也高达98%以上，解释Ca+离子能很好地承载量子信息。

在此基础之上，作家还构建了基于量子门传送的踱步式量子领路，奏效运行了Grover搜索算法

Grover算法是一种量子搜索算法，不错在未排序的数据库中以正常级加快找到特定指标。

在这个实验中，他们使用两个相距两米的量子模块来竣事一个粗浅的2量子比特版块的Grover算法。

算法的基本历程是着手将量子比特制备成等概率的叠加态，然后通过Oracle电路标志指标景象，接着使用Diffusion电路放大指标景象的振幅。

在这个踱步式系统中，Alice和Bob两个模块分别庄重Oracle和Diffusion操作。

关于不同的指标景象，实验取得了71%的奏服从，初步解释了踱步式量子揣测系统在本质量子算法方面的可行性

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08404-x

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