利用微波光子实现确定性量子态传输与远程纠缠生成

在量子网络节点间相干地共享信息，是分布式量子信息处理的基础。在该方案中，计算被划分为子程序并在若干由经典与量子信道连接的较小量子寄存器上执行。直接量子信道确定性而非概率性地连接节点，有利于容错量子计算，因其降低阈值要求并能实现更高的纠缠速率。在此，我们在分别制备于不同芯片上的两个超导量子比特间实现确定性态传输与纠缠协议。超导电路构成通用的量子节点，能够发送、接收、存储和处理量子信息。我们的实现基于全微波腔辅助拉曼过程，该过程将 transmon 型人工原子的量子比特态纠缠或传输至时间对称的行波单光子。我们以 $50 \, \rm{kHz}$ 的速率传输量子比特态，所发射光子在接收节点被吸收的概率为 $98.1 \pm 0.1 \%$，传输过程保真度达 $80.02 \pm 0.07 \%$。我们还按需制备了保真度高达 $78.9 \pm 0.1 \%$ 的远程纠缠。我们的结果与基于系统主方程描述的数值模拟高度吻合。该确定性量子协议有望用作低温网络不同节点间表面码量子纠错的主干，以在电路量子电动力学架构中实现大规模容错量子计算。