量子计算机的原型机已经存在，但要真正发挥它们的潜力，还得把规模做大、把状态稳住。IBM的一个研究团队最近公布了一步进展，方向正是这个。

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这次升级的对象，是连接量子比特的长距离耦合器（L-coupler）。量子比特是量子计算机的核心，和传统计算机里非0即1的比特不同，它可以同时处于0和1的叠加状态。想把量子计算机做大，用L-coupler把多块芯片连起来，比在单块微芯片上硬塞更多量子比特更实际。

难点在于，这些连接器得在"量子尺度上的长距离"——这次是80厘米——搬运极其脆弱的量子信息。研究人员的做法是：用4根超导铝制成的L-coupler，把两块各含120个量子比特的芯片连在一起，平均传输准确率达到99%，峰值为99.29%。

研究者在论文中写道，未来几年量子计算机在处理器复杂度和模块数量上都会显著扩张，这类机器需要许多规格一致的模块间连接；他们展示的，是模块装入低温恒温器之后，在大型量子比特处理器之间实现多根L-coupler的一条可行路径。

打个比方：经典比特像硬币的正反面，量子比特则像一枚还在旋转、直到被测量才落定的硬币，计算能力因此呈指数级增长。L-coupler传输的，正是量子比特的量子态，也就是这种"旋转"属性。

团队还观察到几件事：

  • 线缆在使用中能量损耗很小；
  • 经历三轮升温降温循环后仍能正常工作；
  • 还能在两块芯片之间传递纠缠。

研究者表示，据他们所知，这是大型量子比特超导处理器之间多通道量子互连的首次演示，也确立了这套L-coupler技术作为模块化系统扩展可行组件的地位。

IBM在模块化路线上押注很重。这次展示的量子比特和L-coupler，计划装进公司此前公布的冰箱式低温系统中。这类单元能把量子比特维持在量子计算所需的极低温，如今人们对它内部"电子管路"实际如何运作，有了更清楚的把握。

最终目标是在这些低温单元里连接数百块量子芯片——冷却到比深空还冷180倍的温度——并在此基础上，于2029年交付全球首台容错量子计算机。

IBM研究部门负责人杰伊·甘贝塔（Jay Gambetta）没有直接参与这项研究，他表示，这些低温模块的成功连接与运行标志着朝这个方向的一次跃升，并将随着量子硬件、软件和算法的持续创新加速他们的进展。

方向是对的，但活还很多。研究人员注意到磁干扰会影响信号质量，在L-coupler真正投入使用之前，效率上还需要进一步改进。开发量子计算要考虑的因素多得让人眼花——信息传输、纠错、计算速度、硬件可行性——但每一步这样的进展，都让下一代计算性能更近一点。

研究者在论文中总结，这4根高保真L-coupler为模块化量子计算建立了一条通往可扩展量子互连的实际路径。

这项研究尚未经过同行评审，预印本已在arXiv上发布。