近日美国芝加哥大学普利茨克分子工程学院（Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago）的研究组在在超导量子网络上取得进展，首次实现了两个超导量子芯片间的多比特纠缠“Deterministic multi-qubit entanglement in a quantum network”，有望用于构建大规模分布式超导量子处理器。该成果在线发表在Nature杂志上，同期Nature刊物在 News & Views 专栏对本文进行了点评。

量子科技发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，量子计算机更是量子科技的热点和核心方向。近十年超导量子计算发展迅速，由于其高可扩展性，易于调控性等优良性能，超导量子计算是目前科研机构和高科技公司主要采用的量子计算技术路线之一。然而要实现真正的商业应用，不仅需要进一步提高超导量子比特的相干时间，门操控精度等性能，还需要把更多的超导量子比特集成起来。但是受限于单个量子比特尺寸和控制线封装等因素，超导量子比特较难在单芯片上实现大规模集成。如果利用高性能通道把多个超导量子芯片连接起来，分布式超导量子处理器有望克服这些技术瓶颈，实现大规模超导量子比特集成。

为展示该技术路线可行性，该研究用一根一米长的铌钛合金超导同轴线把两个超导量子芯片连接起来，每个芯片上集成了3个超导量子比特。通过直接键合连接，芯片间的连接通道性能得到极大提升。在高性能连接的基础上，该研究首次实现了3比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 态从一个超导量子芯片传输到另一个芯片，GHZ态保真度达到0.656（图1）。

图1. 超导量子芯片间GHZ态传输

该研究还进一步把两个超导量子芯片的量子比特全部纠缠起来，制备了一个跨芯片分布的6比特GHZ态，其保真度达到0.722（图2）。

图2. 跨芯片分布的6比特GHZ态制备

该研究成果表明，通过提高超导芯片间连接的相干性可以实现高保真度的芯片间量子态传输，甚至有望达到单芯片上态传输的性能，实现多个超导芯片的“无缝”连接，使得构建大规模分布式超导量子处理器成为可能。

该工作的第一作者为钟有鹏博士，唯一通讯作者是芝加哥大学分子工程学院教授Andrew N. Cleland教授。

钟有鹏博士于2020年11月份加盟了南科大量子科学与工程研究院。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03288-7