在量子计算的前沿领域，如何让相距遥远的量子比特保持紧密协同，一直是构建大规模量子计算机的瓶颈。
奥地利科学技术研究所的物理学家们最近在《物理评论 X》上发表了一项突破性成果，首次将二十年前的一项纯理论设想变成了现实。
他们利用由关联光子构成的“量子浴”，让两个完全孤立的量子比特实现了自主的远距离纠缠。
这一进展意味着未来的分布式量子网络可能不再需要繁琐的实时测量与手动控制，就能保持稳定的量子连接。
用环境代替干预的自主纠缠
以往建立分布式纠缠的常规做法，往往需要极其精准的外部干预。
未来的量子计算需要远距离模块之间的关联。这种被称为分布式纠缠的特性，传统上依赖于主动控制和重复测量。图片来源：ISTA
科研人员要么需要精确控制单个光子在不同量子比特之间穿梭，要么需要同时捕捉两个量子比特发射的光子并进行精密匹配。
这类传统方法不仅操作极其复杂，而且高度依赖重复测量，只要其中任何一个环节出错，脆弱的量子纠缠就会瞬间破裂。
奥地利团队则完全颠覆了这一传统思路，他们选择直接改造量子比特所处的周围环境。
研究人员将同一个光源产生的关联光子流持续引入两个分离的量子比特，形成了一个特殊的“量子浴”。
由关联光粒子构成的“量子浴”能够同步远距离的量子比特。ISTA的科学家们利用这套量子浴装置，无需主动控制或重复测量，即可完全自主地纠缠两个孤立的量子比特。图片来源：ISTA
在这个精心构建的环境中，连续的微波光子流就像是一个自动调节器，不断将两个量子比特推向共享的纠缠基态。
这种全新的机制摆脱了传统测量带来的干扰，实现了全自动的纠缠维持。
更有趣的是，在这种量子浴的滋养下，两个量子比特之间的纠缠寿命甚至超越了量子比特本身的固有寿命。
伊斯坦布尔高等物理技术研究所 (ISTA) 的物理学家们利用关联光粒子的“量子浴”，实现了一种完全自主的分布式纠缠方法。图为 ISTA 博士生、该研究的第一作者 Alejandro Andrés-Juanes 在实验室中。（图片来源：ISTA）
这意味着研究人员可以在需要时随时调用这种稳定的纠缠资源，而无需像过去那样与短暂的纠缠寿命赛跑。
走向模块化量子计算机的物理基石
作为该研究的第一作者，博士生阿列亨德罗·安德烈斯·胡安内斯指出，这项实验成功解决了连续变量与离散量子比特之间的匹配难题。
ISTA团队的实验研究证实了一项已有20年历史的理论，并可能为应用量子技术提供一个全新的平台。图片来源：ISTA
连续变量的纠缠状态虽然极易在光子流中产生，但大多数实用量子器件却需要离散的量子状态。
该原型系统成功将光子流中的连续纠缠转化为量子比特所需的离散纠缠，验证了分布式量子架构的可行性。
尽管目前该原型机的纠缠转移效率仅有10%左右，但它彻底打通了自主量子网络的技术路线。
课题组负责人约翰内斯·芬克教授强调，理想理论与现实物理环境之间存在巨大鸿沟，这也是该预测等待了二十年才被验证的原因。
随着微波与光学光子转换技术的进一步成熟，这项来自奥地利的成果将为模块化量子计算带来全新可能。
当分布式量子比特能够像接入无线网络一样自主建立纠缠，规模化容错量子计算机的到来将指日可待。
热门跟贴