IonQ报告说，在利用纠缠光子-离子连接来扩展其量子计算机的努力中达到了一个里程碑。IonQ 的量子计算机基于捕获离子，具有较长的相干时间和量子比特均匀性，但（与许多其他量子系统一样）在扩展量子比特计数时会带来挑战。
“今天，我们宣布了光子互连的一个重要技术里程碑，我们相信我们的核心技术将实现量子计算机之间和内部的量子网络。我们相信这是首次在学术环境之外展示离子光子纠缠，“根据今天发布的 IonQ 博客。
从广义上讲，将单个量子处理器互连被视为扩展量子计算机的最相似方式。例如，IBM去年推出了一个新的QPU（Heron，133个量子比特），它被专门设计为连接到其他QPU以扩展系统。将光子和各种量子比特类型（例如钻石空位）互连的能力是量子界的一个紧张工作领域。例如，这种方法在通过开发使用光子-物理量子比特相互作用的中继器来构建量子互联网方面也可能至关重要。例如，亚马逊就是这样做的。
扩大 IonQ 的捕获离子系统将需要互连 QPU，该公司长期以来一直在研究如何有效地做到这一点。在今天的博客中，IonQ 报告说：“[我们] 正在将这项技术提升到部署在商用量子计算机中所需的技术准备水平。我们的光子互连之路由四个主要里程碑组成，每个里程碑都扩展了之前的里程碑，并最终形成了一个大规模、网络化、多量子处理单元（QPU）。
“光子互连使远程量子比特能够跨多个物理位置纠缠。离子在使用光子进行网络方面具有独特的优势，因为原子和光子之间的相互作用是量子信息科学中一个经过充分研究和理解的领域。因此，IonQ 的愿景一直是通过光子互连来扩展我们的技术。除了离子的高保真度、高连接性和长相干性外，离子与光子网络的兼容性是 IonQ 选择这种量子计算模式的核心原因，“IonQ 报道。
以下是 IonQ 描述的里程碑：
- 里程碑 1：离子光子纠缠器第一个 - 也是在QPU网络中纠缠量子信息最具挑战性的里程碑之一 - 是生成和操纵与量子比特纠缠的单光子以形成网络节点。这样的节点必须具备三个关键功能。首先，节点必须具有产生与互连量子比特纠缠的“互连光子”的能力。其次，节点必须能够通过光纤将这些互连光子发送到检测中心。最后，检测中心必须能够操纵和测量互连光子的状态，以确认离子-光子纠缠。
- 里程碑2：光子介导的离子-离子纠缠。里程碑 2 在里程碑 1 的基础上进行了扩展，通过使用其纠缠光子纠缠来自不同节点的两个基于离子的量子比特。为了实现这一目标，我们正在开发系统来收集来自两个不同节点的互连光子，并将这些光子路由到单个检测中心，在那里它们受到干扰并被测量，在每个节点的量子比特之间留下纠缠态。
- 里程碑 3：将离子-离子纠缠交换到 QPU。在建立互连量子比特之间的这种远程纠缠之后，里程碑 3 将证明我们可以将这种纠缠从互连量子比特转移到计算量子比特，以实现更复杂的算法。这种纠缠可以通过两个量子比特交换门进行传输，以建立两个纠缠的 QPU。通过这种纠缠，我们可以扩展可用于量子计算的量子比特数量。
- 里程碑 4：多 QPU 程序化纠缠。最后一个里程碑是我们将光子互连扩展到两个节点之外的最终目标。通过以编程方式将许多 QPU 联网在一起，我们可以通过并行利用网络中的所有量子比特来执行极宽的电路。为了实现这一目标，我们正在开发单光子切换技术和设备，使我们能够从许多陷阱中的许多互连量子比特中收集互连光子，以根据电路的参数选择性地纠缠整个网络中的量子比特。（里程碑 4 的图如下所示。
以下是离子-光子纠缠的工作原理（里程碑 1）和 IonQ 完成的摘要：
“首先，将互连量子比特加载到离子阱中。接下来，互连量子比特被高度专业化的激光系统激发到激发态。然后，互连量子比特的激发态衰减为两种可能的量子比特态的叠加。
“当电子衰变时，它会释放出一个光子，其性质与离子量子比特的两个量子态纠缠在一起。
“这种发射和随后的纠缠是自然的量子行为，不需要互连技术的任何哄骗。接下来，我们需要收集这个有价值的纠缠光子。我们通过高度专业化的光学系统来做到这一点，该系统将光子重定向到光纤电缆中。然后将这根电缆连接到我们的检测中心，在那里我们可以根据需要控制和操纵光子。
“光子的状态是在这个光子状态检测中心测量的。我们使用这个集线器对光子量子比特状态进行特定测量。在对离子量子比特进行测量后，我们确认光子与原始互连离子量子比特状态纠缠在一起，并通过我们的网络发送，成功地展示了里程碑1。
链接到博客、https://ionq.com/posts/enabling-networked-quantum-computing-with-ion-photon-entanglement?utm_source=business-wire&utm_medium=press-release&utm_campaign=ion-photon-entanglement&utm_content=blog-post&utm_term=45323