在朝着实现量子计算实际应用的重要一步中，牛津大学物理学研究人员成功展示了分布式量子计算的第一次成功。通过利用光子网络接口，他们将两个不同的量子处理器连接成一个统一的量子计算机，这为解决以前无法实现的计算问题打开了大门。研究成果今天（2月5日）发表在自然杂志上。
这一突破解决了量子计算中的“可扩展性”挑战：为了真正具有变革性，量子计算机需要能操作数百万个量子比特（qubit）。然而，将所有这些处理器压缩到一个单一的设备中需要一台巨大机器。这种创新方法涉及连接较小的量子设备，允许计算在网络中共享。理论上，参与网络的处理器数量没有限制。
该架构围绕模块设计，每个模块包含有限数量的被捕获离子量子比特（这些是原子尺度的量子信息单元）。这些模块通过光纤连接，并使用光（光子）而不是电信号进行数据传输。这种光子连接使不同模块之间的量子比特可以纠缠*，通过量子遥传**使整个网络进行量子操作。
虽然之前的研究已成功实现了状态的量子遥传，但这项研究标志着逻辑门（算法的基本构建块）首次在网络中被遥传。研究人员相信，这可能为未来的“量子互联网”奠定基础，促进远程处理器之间的高度安全的通信、计算和传感网络。
牛津大学物理学的首席研究员Dougal Main表示：“以往的量子遥传演示强调在不同系统之间传递量子状态。在我们的研究中，我们将量子遥传应用于构建这些远程系统之间的交互。通过巧妙设计这些交互，我们可以在位于不同量子计算机的量子比特之间执行逻辑量子门——量子计算的核心功能。这一突破有效地让我们能够将各种量子处理器‘连接’成一个整体，完全整合的量子计算机。”
这一概念类似于传统超级计算机的操作原理，传统超级计算机通过连接较小的计算机来实现超过单个单位的性能。这种方法规避了与将不断增加的量子比特纳入单个单元相关的众多工程挑战，同时保持了精确和可靠计算所需的脆弱量子特性。
Main进一步指出：“使用光子连接互联模块为系统提供了灵活性，能够在不妨碍整个框架的情况下升级或更换模块。”
这种方法的有效性通过实施Grover搜索算法得以展示。这种量子技术显著加快了在大型非结构化数据集中查找特定项目的过程，远远超出了常规计算机的能力，通过利用量子原则如叠加和纠缠同时探索众多可能性。这次演示的成功加强了分布式方法可以超越孤立设备的限制，从而增强量子能力的观点，为可扩展的高性能量子计算机铺平了道路，这些量子计算机能够在几小时内完成当代超级计算机数年才能完成的计算任务。
英国量子计算和仿真中心的首席科学家David Lucas教授表示：“我们的实验表明，通过分布式网络处理量子信息是我们可以用当前技术实现的。但是，扩展量子计算机仍然是一个重大技术难题，可能需要新科学见解和大量工程努力在未来几年来解决。”
*量子纠缠：一种现象，即两个粒子（如光子）即使在遥远距离分开时仍保持连接，使得它们能够瞬时共享信息而无需物理传输。
**量子遥传：通过利用纠缠几乎瞬时地运输量子信息的过程。
