IBM用80厘米电缆连接两颗120量子比特芯片，保真度达99%

IBM的研究人员用四根各长80厘米的电缆连接了两个120量子比特的超导量子处理器，并以99.00%的平均精度在两颗芯片之间传输量子态。这项工作由包括尼里贾·桑达雷桑（Neereja Sundaresan）在内的团队完成，于10月21日以arXiv预印本形式发布，题为“大型量子处理器之间的米级量子互连”；目前尚未经过同行评审。

芯片为何需要电缆

量子计算机用量子比特存储信息。普通比特要么是0要么是1，而量子比特在被测量之前可以处于两者的叠加。在单颗芯片上塞进越来越多的量子比特很困难，因此IBM采用模块化方案：把多个处理器（每个是一个模块）连接起来。为此，连接必须在以芯片尺度衡量较长的距离上传输脆弱的量子态，而且一台机器在任意两个模块之间都需要许多相同的连接。

团队把这种连接称为长距离耦合器，即L-coupler。在这项工作中，四个L-coupler连接了两个IBM Nighthawk R1处理器，每个处理器有120个量子比特。

L-coupler的构造

每个L-coupler通过两个频率可调的“L量子比特”、两个基于超导RF-SQUID电路的耦合器以及80厘米超导铝同轴电缆，连接处理器晶格中的两个量子比特。电缆垂直于处理器表面，这使连接可以更密集；它通过铟对铟的压力键合固定在芯片上，该键合在室温下完成，此时两个模块已安装在低温恒温器（使量子比特保持低温的制冷机）中。连接的模式位于约5吉赫兹附近，内部品质因数为86万至109万，这一数值衡量其能量损耗有多小。

数字显示了什么

• 通过网络基准测试测得，经由这些连接的态传输达到了99.00%的平均保真度。最佳连接达到99.29 ± 0.07%。
• 位于不同芯片上的量子比特之间的双量子比特CZ门，平均保真度为94.75%，最佳连接为96.42 ± 0.28%。
• 研究人员利用这些门在两个处理器之间创建了纠缠态，包括通过两个相邻L-coupler同时产生的贝尔对。

这里的保真度是指预期量子态完好抵达的比例；100%即为完美传输。纠缠是粒子之间的一种量子联系，其中一个粒子的状态无法脱离另一个来描述。

局限

据ScienceAlert报道，电缆在使用中损耗的能量很少，并在三次升温和降温循环后仍能正常工作。研究人员还注意到磁干扰影响了信号质量，在L-coupler可投入实际使用之前，还需要进一步提高效率。作者写道，据他们所知，这是首次演示大规模量子比特超导处理器之间的多通道量子互连。

IBM表示，其目标是在2029年前交付容错量子计算机。更多科技报道请见我们的科技栏目。