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一款支持“全对全”通信的新型互连设备，使网络中的所有超导量子处理器都能直接相互通信。图片来源：美国麻省理工学院

美国麻省理工学院研究人员开发了一款支持“全对全”通信的新型互连设备，可使网络中的所有超导量子处理器都能直接相互通信。他们利用这一设备展示了远程纠缠，为构建大规模、分布式量子计算网络奠定了基础，也为未来的量子互联网提供了关键技术支持。这项研究3月21日发表在《自然-物理学》杂志上。

当前用于连接超导量子处理器的架构采用“点对点”连接方式，其网络节点之间多次传输易导致错误率累积。

研究人员此前曾开发了一种量子计算模块，能够双向发送信息光子。此次研究中，他们进一步将两个这样的模块连接到波导上，实现了光子的定向发射与高效吸收。

每个模块由4个量子比特组成，这些量子比特负责与传输光子的波导进行交互，并将信息传递给更大的量子处理器。研究人员通过一系列微波脉冲，向量子比特注入能量，使其发射携带量子信息的光子。精确控制这些脉冲的相位，能够产生量子干涉效应，使光子按照指定方向传播。此外，通过对脉冲进行时间反演，研究人员可确保远端模块中的量子比特吸收光子。

像这样“投掷”和“接收”光子，研究人员能在非本地量子处理器之间创建“量子互连”，从而实现远程纠缠。即使光子本身已经消失，两个相距甚远的量子比特仍然存在量子关联，使人们能进行并行量子计算操作。

远程纠缠是开发强大、分布式量子处理器网络的关键一步。为提高远程纠缠的成功率，研究人员进行了一项关键创新。他们开发了一种强化学习算法，对光子进行“预失真”处理，尽可能减少其在传输过程中的损耗，从而提高吸收效率。最终，他们将光子吸收效率提升60%以上，足以保证最终状态是高保真度的纠缠态。

该成果不仅适用于超导量子系统，其远程纠缠协议原则上可扩展至其他量子计算平台，为量子互联网发展提供了重要硬件支撑。