北京日報客戶端 | 記者 何蕊

近日，清華大學交叉信息研究院教授段路明課題組利用同種離子的雙類型量子比特編碼，在世界上首次實現了量子網絡節點的無串擾。這意味着，我國量子計算機和量子網絡向着模塊化的目標邁出了重要一步。

量子網絡是基於量子力學規律對量子信息進行存儲、處理和傳輸的物理系統，在信息安全、人工智能、數據科學等領域大有可爲。其中，離子阱是最有應用潛力的物理系統之一。而生成離子-光子糾纏是生成離子阱量子網絡的關鍵步驟。此前，爲了抑制串擾誤差，研究人員通常採用不同種類的離子分別產生離子-光子糾纏並存儲量子信息。但這種方案需要精細控制不同種類離子的比例和位置，且因不同離子間的協同冷卻效率低，難以操作。

段路明帶領課題組解決了這種窘境。他們創新提出雙類型量子比特生成量子網絡節點的方案——利用同種離子的兩對超精細能級結構，分別編碼出量子網絡中用於與光子產生糾纏的“通訊比特”和用於存儲信息的“存儲比特”，並利用激光實現了兩種量子比特間微秒量級的相干轉換。

通過反覆實驗，團隊證實了實驗結果的一致性。“這代表了，兩種量子比特之間的串擾誤差微小，實現了量子網絡節點的無串擾。”段路明表示，相較於之前採用不同種類離子的做法，該方案極大簡化了實驗系統，對未來實現大規模量子網絡和量子計算具有重要意義。

該研究成果日前以“利用相同離子種類的雙型量子位元實現一個避免串擾的量子網絡節點”爲題，發表於《自然·通訊》期刊上。