架起64米量子高速公路 深圳超导量子网络迎新突破

21世纪经济报道记者 吴佳楠 深圳报道

在科幻作品中，瞬间移动或隔空传物是令人神往的超能力。如今，在微观的量子世界，这一神话正一步步走向现实。

近日，深圳国际量子研究院俞大鹏院士团队联合清华大学段路明院士团队，在超导量子网络研究中取得重要实验进展。

研究团队成功在超导量子芯片之间实现了一条64米长的低损耗量子通道，基于微波飞行光子实现了高质量的远距离量子态传输和远距离纠缠生成，并首次实验演示了基于超导量子电路的跨芯片量子态以及量子门隐形传送。

研究展示了基于超导量子电路构建长距离微波量子网络的一套可行方案，为分布式超导量子计算和量子网络奠定了关键实验基础。这标志着我国在构建未来量子网络和分布式量子计算的征途上，攻克了一个长期存在的核心技术壁垒。

从孤岛到组网：打通64米量子高速公路

量子计算机被誉为下一代信息技术的“圣杯”，而超导量子比特是目前实现大规模量子计算最有前景的物理系统之一。

然而，随着芯片上集成的量子比特数量不断增加，技术挑战也日益严峻，如同在单个孤岛上无限扩张总会遇到瓶颈。分布式量子计算网络，即将多个量子处理器通过量子通道连接起来协同工作，被视为突破单芯片算力极限、构建大规模量子系统的可行路径。

实现分布式计算的核心，是让不同芯片上的量子比特能够进行高质量的对话与协作，而量子隐形传态正是实现这种对话的关键通信技术。它利用奇妙的量子纠缠现象，能够将某个粒子的未知量子态信息瞬间传输到遥远地点的另一个粒子上，而无需传递物质实体本身。

尽管该技术此前已在光子、离子阱等系统中实现，但在更具实用潜力的超导量子电路中，受限于芯片间互联性能，实验演示一直局限于单芯片内部或极近距离的模块之间。

此次，研究团队成功突破了这一技术瓶颈。他们构建了一条长达64米、在低温下单光子损耗低至惊人的0.32分贝/公里的超导微波传输通道。

形象地说，这就像在两张量子芯片间铺设了一条极其平坦、几乎无损耗的量子高速公路。研究团队采用创新的可调耦合器技术，对飞行的微波光子进行精确的整形与捕获，并开发了原位校准控制波形的方法，最终成功制备出保真度高达94.2%的远程纠缠对，刷新了该方向的实验纪录。

基于这条高质量的量子高速公路和高保真的远程纠缠，研究团队迈出了更具实际应用价值的两步。

（图/量子态隐形传送和量子门隐形传送，各自的量子线路和过程矩阵，受访者供图。）

他们实现了量子态的确定性隐形传态。研究人员成功将一张芯片上量子比特的未知状态，以平均78.3%的过程保真度“瞬间传送”到64米外的另一张芯片上。这一保真度远高于50%的经典极限，确凿无疑地证明了其量子特性。

更引人注目的是，团队进一步实验演示了基于超导量子电路的跨芯片量子门隐形传送。 他们成功横跨两个芯片执行“CNOT”两比特量子逻辑门，过程保真度达到70.2%。

这意味着，未来在分布式量子计算网络中，一张芯片可以远程操控另一张芯片上的量子比特进行运算，极大地优化了资源利用并有望促进远程量子纠错。

从实验室到未来：为量子网络赋能

这项突破性进展的意义远不止于刷新实验纪录。它首次为基于超导量子电路构建长距离微波量子网络提供了一套完整且可行的实验方案。

该项研究奠定了分布式超导量子计算的关键实验基础，通过证明超导量子芯片可以跨越数十米距离进行高保真的量子通信与协同计算，该工作为将来连接位于不同低温制冷机甚至不同实验室的量子处理器扫清了一个主要障碍，为通过分布式架构扩展量子计算规模指明了切实可行的技术路径。

同时，朝着构建“量子互联网”迈出了坚实一步。 量子隐形传态是可扩展量子网络和分布式量子计算的基础，被认为是未来全球量子通信网络的核心技术之一。此次在超导体系这一最接近实用化量子计算的平台上实现远距离传态，使得构建连接未来量子计算机、量子传感器和量子保密通信终端的量子互联网愿景，变得更加清晰可及。

此外，它开辟了新的研究平台。 研究中演示的超低损耗微波量子通道，也为在微波波段开展波导量子电动力学、量子光学等前沿基础研究提供了理想的实验平台。

回顾量子隐形传态的发展历程，从1993年理论提出，到1997年首次在光子实验中实现，再到2017年我国利用“墨子号”卫星实现千公里级星地传态，每一步都凝聚着科学家的智慧与汗水。

此次超导芯片间远距离传态的成功，是这条创新链上的又一个关键节点。它再次证明，在从微观粒子到宏观应用、从短距离到全球覆盖的量子通信长征中，中国科学家正扮演着不可或缺的引领者角色。

尽管将这种技术应用于传输宏观物体仍属于遥远的科幻范畴，但它在保障信息绝对安全、实现分布式超强算力、构建高精度全球量子传感网络等方面的应用前景已十分明确。

这项来自深圳国际量子研究院的联合研究成果，不仅是中国量子科技实力的又一次集中展示，也为全球量子信息科学的发展注入了新的强劲动力。