在量子計(jì)算領(lǐng)域，超導(dǎo)量子芯片的互聯(lián)技術(shù)正迎來關(guān)鍵突破。深圳一支科研團(tuán)隊(duì)近日宣布，成功實(shí)現(xiàn)跨越4K溫區(qū)的超導(dǎo)量子芯片間微波量子態(tài)傳輸與糾纏生成，相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。這一進(jìn)展為構(gòu)建大規(guī)模量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)提供了重要技術(shù)路徑，標(biāo)志著量子信息處理向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。

微波技術(shù)作為現(xiàn)代通信的基石，在量子領(lǐng)域卻面臨根本性挑戰(zhàn)。由于微波光子能量極低，5GHz頻段的光子能量?jī)H約20微電子伏特，對(duì)環(huán)境熱噪聲異常敏感。室溫條件下，微波波段存在大量熱光子，足以淹沒單光子量子態(tài)。因此，超導(dǎo)量子電路需在接近絕對(duì)零度的極低溫環(huán)境（通常低于20毫開爾文）中運(yùn)行，依賴稀釋制冷機(jī)維持量子態(tài)的穩(wěn)定性。這種嚴(yán)苛條件雖能實(shí)現(xiàn)高精度操控，卻嚴(yán)重限制了量子系統(tǒng)的擴(kuò)展性與模塊化發(fā)展，也阻礙了與可在更高溫度下工作的量子系統(tǒng)（如半導(dǎo)體量子點(diǎn)或光學(xué)接口）的集成。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出抗熱噪聲的微波量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過1米長(zhǎng)的鈮鈦超導(dǎo)傳輸線連接兩個(gè)超導(dǎo)量子比特，在傳輸線溫度達(dá)4K的條件下仍實(shí)現(xiàn)量子態(tài)傳輸與糾纏生成。其核心機(jī)制在于利用可調(diào)耦合器將熱通道與10mK冷負(fù)載強(qiáng)耦合，通過輻射冷卻將通道熱占據(jù)數(shù)降至0.06個(gè)光子，較環(huán)境熱噪聲降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在量子態(tài)傳輸過程中，團(tuán)隊(duì)動(dòng)態(tài)關(guān)閉耦合器，利用通道重新熱化前的時(shí)間窗口完成操作，有效規(guī)避了熱噪聲干擾。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在4K通道溫度下，量子態(tài)傳輸保真度達(dá)58.5%，Bell態(tài)保真度為52.3%，均突破經(jīng)典極限。這些結(jié)果未經(jīng)讀取誤差修正，若在1K通道條件下進(jìn)行誤差修正，糾纏保真度可提升至93.6%，達(dá)到容錯(cuò)互聯(lián)的界面錯(cuò)誤率閾值，并觀察到Bell不等式的顯著違背。其整體性能已與mK溫區(qū)環(huán)境下的同類實(shí)驗(yàn)相當(dāng)，證明了該技術(shù)在不同溫度條件下的適用性。

該研究通過優(yōu)化熱管理策略與動(dòng)態(tài)操控技術(shù)，解決了超導(dǎo)量子芯片互聯(lián)中的關(guān)鍵瓶頸。其成果不僅為分布式量子計(jì)算提供了可行方案，也為量子系統(tǒng)與經(jīng)典信息基礎(chǔ)設(shè)施的融合奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。研究過程中，團(tuán)隊(duì)在低溫工程、量子操控與噪聲抑制等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)集成，為量子網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署提供了新思路。

據(jù)介紹，這項(xiàng)研究得到多部門聯(lián)合資助，涉及低溫物理、量子信息與材料科學(xué)等多學(xué)科交叉。團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)將進(jìn)一步優(yōu)化傳輸線設(shè)計(jì)與耦合器性能，探索更高溫度條件下的量子態(tài)傳輸，推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)向?qū)嵱没c工程化發(fā)展。