“跨芯片”量子糾纏實現

科技日報北京11月21日電 （記者劉霞）IBM公司科學家實現了“跨芯片”量子糾纏——使兩塊“鷹”（Eagle）量子芯片成功糾纏在一起。每塊量子芯片擁有127個量子比特，兩塊芯片共同完成了需要142個量子比特才能完成的計算任務。目前，單塊芯片一次容納的量子比特的數量低於142。這一成果為構建更大規模量子計算機奠定了基礎，相關論文發表於20日出版的《自然》雜誌。

量子計算機有望比傳統設備更快地解決某些問題，但建造實用量子計算機之路並非一片坦途。其中，擴大規模與降低出錯率是兩大主要障礙。全球多個研究小組和公司“各出奇招”，力求掃清這些障礙。IBM選擇了超導芯片，這些芯片可由製造現有計算機硬件的機器生產。

但IBM的這一策略也面臨一大挑戰：芯片的輸入和輸出線路遠大於進行計算的量子比特。這意味着量子比特之間的距離大於傳統處理器內晶體管之間的間隔，進而限制了壓縮到芯片上的量子比特的數量。為此，IBM希望在量子芯片之間實現糾纏，協同工作。

但要讓量子芯片之間相互糾纏，遠比使用傳統芯片困難。這是因為在傳統芯片內，數據以電信號的有（1）或無（0）來表示，而量子比特之間的糾纏無法簡單地通過線路傳遞。

為攻克這一難題，IBM科學家設計出一種方案：首先讓一對量子比特糾纏，隨後將其中一個量子比特傳送到第二塊芯片，這樣兩塊芯片之間就建立了量子聯繫。不過，這一過程還需要傳統計算機的輔助。在最新研究中，該公司首次成功地將兩塊量子芯片糾纏在一起，讓它們作為一個整體，執行超出單塊芯片能力的計算。

美國得克薩斯大學奧斯汀分校的斯科特·阿倫森表示，將多個量子芯片連接在一起的想法已經討論了幾十年，現在，IBM朝這個目標邁出了關鍵一步。然而，要真正擴大超導量子計算機的規模，還需要在保證更高保真度的情況下，讓數百或數千個超導芯片作為一個整體協同運行。

【總編輯圈點】

量子計算機在處理特定類型的問題上能超越傳統計算機，如大規模數據加密、藥物分子模擬等領域。然而，量子計算面臨的主要挑戰之一就是如何在保持量子態穩定的同時，擴展系統的規模。IBM通過巧妙的設計，克服了量子芯片間通信的技術障礙，實現了“跨芯片”的量子糾纏。儘管目前仍處於實驗階段，但這一進展無疑為實現更強大的量子計算能力鋪平了道路。