城域量子计算机网络实现突破，可用在繁忙城市等现实世界环境
城域量子计算机网络实现突破，可用在繁忙城市等现实世界环境
通过美国马萨诸塞州剑桥和波士顿的双节点量子网络路径的地图。图片来源：哈佛大学
美国哈佛大学物理学家近日演示了突破性的城域量子计算机网络。研究团队使用波士顿地区现有的电信光纤，成功展示了在两个量子存储节点之间最长的光纤距离。这一成果已发表在最新一期《自然》杂志上。
研究团队通过将两个量子存储节点纠缠在一起，建立了首个实用的量子互联网结构。这两个量子存储节点由光纤链路连接，部署在一条环绕剑桥、萨默维尔、沃特敦和波士顿、全长约35公里的环路上。
每个量子存储节点实际上是一个微型量子计算机，由金刚石材料制成。其原子结构中存在一个被称为硅空位中心的缺陷。在金刚石内部，研究人员雕刻出比人类头发丝宽度百分之一还小的结构，以增强硅空位中心与光的相互作用。
硅空位中心包含两个量子比特：一个以电子自旋形式用于通信，另一个以寿命较长的核自旋形式来存储纠缠。这两种自旋状态都可以通过微波脉冲进行完全控制。这些金刚石设备只有几毫米见方，被安装在制冷装置内，温度低至-272.78℃。
研究团队采用硅空位中心作为单光子量子存储器件的技术，成功解决了量子互联网中的信号丢失问题。基于硅空位中心的网络节点能够捕获、存储和纠缠量子信息位，同时纠正信号丢失。当光子通过第一个节点发送并与该节点纠缠后，这种纠缠状态可以通过光子传递到第二个节点，实现所谓的光子介导的纠缠传递。
研究人员已将他们的演示网络安装在现有光纤基础设施上，这表明创建具有类似网络线路的量子互联网是完全可行的。这一突破性进展不仅展示了量子网络在繁忙城市环境中的应用潜力，更为未来构建量子计算机之间的网络奠定了重要基础。
然而，研究团队也指出，当前的二节点量子网络只是一个开始。为了进一步扩展网络性能，科学家们还需要继续努力，通过添加更多节点并试验不同的网络协议来实现这一目标。