Main D, Drmota P, Nadlinger DP et al. (2025) Distributed quantum computing across an optical network link. Nature – https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x – open access article pdf – CC BY 4.0
Abstract (Povzetek):
Porazdeljeno kvantno računalništvo (angl. Distributed quantum computing – DQC) združuje računsko moč več omrežno povezanih kvantnih procesnih modulov, kar v idealnem primeru omogoča izvajanje velikih kvantnih vezij brez ogrožanja zmogljivosti ali povezljivosti kubitov (angl. Qubit). Fotonska omrežja so zelo primerna kot vsestranska in rekonfigurabilna povezovalna plast za porazdeljeno kvatno računalništvo; oddaljena prepletenost, ki si jo delijo snovni kubiti v omrežju, omogoča logično povezljivost od vseh do vseh prek teleportacije kvantnih vrat (angl. quantum gate teleportation – QGT). Za skalabilno arhitekturo porazdeljenega kvantnega računalištva mora biti izvedba teleportacije kvatnih vrat deterministična in ponovljiva; do zdaj še nobena demonstracija ni izpolnila teh zahtev. Tukaj eksperimentalno prikazujemo porazdelitev kvantnih izračunov med dva fotonsko povezana modula ujetih ionov. Modula, ki sta med seboj oddaljena približno dva metra, vsebujeta namenske mrežne in vezne kubite. Z uporabo napovedane oddaljene prepletenosti med omrežnimi kubiti deterministično teleportiramo kontrolirana Z-vrata med dvema kubitoma vezja v ločenih modulih in dosežemo 86-odstotno natančnost. Nato izvedemo Groverjev iskalni algoritem, ki je po našem vedenju prva implementacija porazdeljenega kvantnega algoritma, sestavljenega iz več nelokalnih dvokubitnih vrat, in izmerimo 71-odstotno uspešnost. Poleg tega izvedemo porazdeljena vezja iSWAP in SWAP, sestavljena z dvema oziroma tremi primerki teleportacije kvatnih vrat (QGT), kar dokazuje možnost porazdelitve poljubnih dvokubitnih operacij. Ker lahko fotone povežemo z različnimi sistemi, tukaj prikazana vsestranska arhitektura porazdeljenega kvatnega računalništva (DQC) zagotavlja realno pot do obsežnega kvantnega računalništva (angl. Quantum computing) za različne fizične platforme.
a) Shema arhitekture porazdeljenega kvntnega računalnika, ki jo sestavljajo fotonsko povezani moduli. Povezanost med kubiti omrežja se sproži z interferenco fotonov na delilnikih snopa. Fotonsko stikalo zagotavlja prilagodljivo in rekonfigurabilno topologijo omrežja.
b) Moduli so sestavljeni iz vsaj enega omrežnega kubita (vijolično) in vsaj enega veznega kubita (oranžno), ki lahko neposredno sodelujejo z lokalnimi operacijami. Teleportacija kvatnih vrat posreduje nelokalne interakcije z vrati (roza) med qubiti vezja v ločenih modulih. Ti protokoli zahtevajo sredstva skupne prepletenosti, lokalnih operacij in klasične komunikacije.
c) Kvantno vezje, porazdeljeno po omrežju majhnih kvantnih procesnih modulov, ki skupaj delujejo kot en sam, popolnoma povezan kvantni računalnik
(vir: https://media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fs41586-024-08404-x/MediaObjects/41586_2024_8404_Fig1_HTML.png?as=webp).
