科技日報記者 張夢然
美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院團隊突破了量子通信瓶頸，從理論上將量子計算機之間的連接距離大幅擴展至2000公里。按照這一進展，原本無法“對話”的芝加哥大學量子計算機，現在甚至能與遠在猶他州鹽湖城郊外的設備建立聯系。團隊表示，這意味著構建全球規模量子互聯網的技術首次真正“觸手可及”。這一研究成果發表在最新一期《自然·通訊》上。
量子計算機以其強大的計算能力和驚人的運算速度著稱，但長期以來，它們難以實現長距離互聯。此前，兩臺量子計算機通過光纖連接的最遠距離僅有幾公里，這意味著即便鋪設光纜，芝加哥大學南校區的量子設備也無法與位于市中心威利斯大廈的另一臺設備通信。
如今這一限制有望被徹底打破。實現的關鍵在于通過光纖讓遙遠地點的原子產生“糾纏”。但糾纏態能維持多久，直接決定了通信距離的上限。這種維持時間被稱為“量子相干時間”。新研究中，團隊將單個鉺原子的相干時間從原來的0.1毫秒提升到超過10毫秒，在某些實驗條件下，甚至達到了24毫秒。理論上，這甚至足以支持高達4000公里內的量子連接。
這項突破并非來自新發現的材料，而是源于制造工藝的革新。傳統方法采用“直拉法”，即將原料在超過2000攝氏度的高溫熔爐中熔化，再緩慢冷卻結晶，隨后通過化學蝕刻“雕刻”出所需器件。而現在團隊改用了一種名為分子束外延的技術，逐層噴涂原子，像3D打印一樣精準構建晶體結構。
量子光學領域先驅、西班牙巴塞羅那光子科學研究所教授于格·德·里德馬滕未參與此項研究，他評論稱，該項工作極具創新性，為未來規模化生產可聯網量子比特開辟了一條可行路徑。
下一步，團隊將驗證延長的相干時間是否真能支撐長距離量子通信，他們已計劃模擬跨城市通信場景。
總編輯圈點
量子雖好，但量子之間的長途通信是個大難題。量子信號的“保鮮期”極短，一旦退相干，通信也就無以為繼。此前，單個鉺原子的相干時間只有0.1毫秒，信號沒出小區就斷掉了。此次，科研人員采用了一種類似3D打印的技術，造出更純凈和安靜的晶體，延長了用來通信的鉺原子的穩定狀態，使得量子信號的傳輸距離得到質的飛躍，可以跨越城市和國家！這是實現量子互聯網道路上的里程碑進展，未來，它或能推動量子科技走向更遠的遠方。
