理论研究有望推动模块化量子信息处理的发展

量子计算机的运行依赖于以量子比特的形式对信息进行编码和处理——量子比特由电子和光子等量子系统的两种状态定义。与传统计算机中使用的二进制比特不同，量子比特可以同时以零和一的组合存在——原则上，这使得它们能够以比当今最大的超级计算机快得多的速度执行某些计算。

要充分发挥量子计算机的潜力，需要数百万个量子比特。但随着量子信息处理系统扩展到许多量子比特，挑战也随之而来。即使控制几个量子比特也需要高度复杂的电子器件，而扩展如此复杂的电路是一个重大障碍。

在最近的理论研究中，由罗德岛大学教授 Vanita Srinivasa 领导的物理学家团队设想了一种模块化系统，用于扩展量子处理器，并采用灵活的方式将量子比特在长距离上连接起来，使它们能够协同工作以执行量子操作。与目前的计算机相比，在连接的量子比特之间执行此类关联或“纠缠”操作的能力是量子计算能力增强的基础。

他们的研究成果最近发表在《PRX Quantum》杂志上，该论文由斯里尼瓦萨、马里兰大学和美国国家标准与技术研究所的 Jacob M. Taylor 以及加州大学洛杉矶分校的 Jason R. Petta 共同撰写。

“量子计算机中的每个量子比特都以特定的频率运行。实现量子计算机独有的功能依赖于能够通过不同的频率单独控制每个量子比特，以及通过匹配频率来链接量子比特对，”URI 量子信息科学项目主任兼物理学助理教授 Srinivasa 说。

“随着量子处理器扩展到更大的量子比特数量，能够同时为每个量子比特实现这两种操作变得非常具有挑战性。在我们的工作中，我们描述了如何应用振荡电压有效地为每个量子比特产生额外的频率，以便链接多个量子比特，而不必匹配它们所有的原始频率。这允许量子比特链接，同时允许每个量子比特保留不同的频率以进行单独控制。”