麻省理工学院科学家创造了巨大的“人工原子”，以启用一体化的量子加工和通信

两个超导Qubits作用为巨大的人工原子。这些“原子”受到破碎的保护，但仍然通过波导彼此相互作用。

研究人员设计了一个开关系统，允许处理器之间的高保真运营和互连。

麻省理工学院研究人员推出了一种量子计算架构，其可以执行低误差量子计算，同时还在处理器之间快速共享量子信息。该工作代表了一个完整量子计算平台的关键进步。

在此发现之前，小型量子处理器已成功地执行了比经典计算机的速率呈指数级率的任务。然而，难以在处理器的远处部分之间可控制地传送量子信息。在古典计算机中，有线互连用于在计算过程中在处理器中来回路由信息。然而，在量子计算机中，信息本身是量子机械和脆弱的，需要基本上新的策略来同时处理和传送对芯片的量子信息。

“缩放量子计算机中的主要挑战之一是在不共同定位时使Quantum位相互互动，”电气工程师和计算机科学副教授，MIT林肯实验室研究员和联营公司电子学研究实验室主任。“例如，最近的邻居Qubits可以轻松地互动，但如何使”Quantum互连“在遥远位置连接Qubits？”

答案在于超越传统的灯具互动。

虽然天然原子是关于它们与之互动的光的光长和点状，但在今天发表的纸张中，研究人员表明这一切不需要超导“人工原子”。相反，它们从超导量子位构成“巨大原子”，或者以可调谐配置连接到微波传输线或波导。

这允许研究人员调整Qubit-波导相互作用的强度，因此可以保护脆弱的夸张免受破碎的粘连，或者将由波导加速的自然衰减，而它们执行高保真操作。一旦执行那些计算，可以重新调节Qubit-波导耦合的强度，并且距离能够以光子或光颗粒的形式将量子数据释放到波导中。

“耦合对波导的汇率通常非常糟糕的QUBBit操作，因为这样做可以显着减少量子位的寿命，”Bharath Kannan说，MIT毕业生和本文的第一作者。“然而，波导是必要的，以便在整个处理器中释放和路由量子信息。这里，我们已经示出了即使它强烈地耦合到波导，也可以保留QUBBit的相干性。然后，我们有能力确定我们是否希望释放存储在Qubit中的信息。我们已经显示了巨大原子如何用于打开和关闭波导的交互。“

研究人员表示，研究人员实现的系统代表了一个新的淡灾互动制度。与将原子的模型不同，作为与它们相互作用的光的波长小的点状物体，它们基本上是大的电路。当与波导耦合时，它们产生与它们相互作用的微波光的波长一样大的结构。

巨大原子在沿波导的多个位置处将其信息作为微波光子发射，使得光子彼此干扰。可以调整此过程以完成破坏性干扰，这意味着Qubit中的信息受到保护。此外，即使当没有从巨大原子释放光子时，沿波导沿着波导的多个Qubits仍然能够彼此交互以执行操作。始终，Qubits仍然坚固地耦合到波导，而是由于这种类型的量子干扰，它们可以保持不受影响并受到防蛀，而单个和两个Qubit操作以高保真性进行。

“我们使用巨大原子使能的量子干扰效应来防止Qubits将它们的量子信息发出到波导，直到我们需要它。”奥利弗说。

“这让我们可以通过实验探测难以使用自然原子的新型物理系统，”肯纳说。“巨大原子的影响非常干净，易于观察和理解。”

Kannan补充说，这项工作似乎有很大的研究进一步研究。

“我认为其中一个惊喜实际上是超导额度能够进入这种巨大原子制度的相对容易性。”他说。“我们所雇用的技巧是相对简单的，因此可以想象在没有大量额外的开销的情况下使用此应用。”

andreas wallraff，埃尔·苏黎世的固态物理教授表示，研究“调查一块艰难的物理物理学，这是一种难以甚至不可能对电子或原子进行微观物体的幻象，但可以用宏观设计的超导量子研究电路。使用这些电路，使用巧妙的技巧，它们能够保护它们的巨大原子免受衰减，同时允许连贯地耦合两个。这是非常漂亮的工作探索波导量子电动动力学。“

掺入巨大原子中的Qubits的相干时间，这意味着它们保持在量子状态的时间约为30微秒，对于未耦合到波导的Qubits几乎相同，其在10到100微秒之间的范围内，因此对研究人员来说。

此外，该研究表明，具有94％的保真度的双量标缠结操作。这代表了第一次研究人员引用了与波导强烈耦合的Qubits的双量标保真度，因为使用传统的小原子的这种操作的保真度通常在这种架构中较低。Kannan说，随着更多校准，操作调整程序和优化的硬件设计，富达可以进一步提高。