大約 20 年前,，2 位計(jì)算機(jī)科學(xué)家曾提出一種特殊的量子操作技術(shù),，這一技術(shù)基于量子隱形傳態(tài)對兩個量子比特進(jìn)行傳輸，使量子計(jì)算機(jī)更加可靠,。

最近,，耶魯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功將這一想法變成現(xiàn)實(shí)，通過實(shí)驗(yàn)證明了這一令人難以置信的技術(shù)確實(shí)可行,。這項(xiàng)研究論文在 9 月 5 日發(fā)表在 Nature 雜志上,，耶魯大學(xué)的研究人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算模塊化的第一步，在兩個量子比特間“傳送”了量子門,。

圖 | 9 月 5 日 Nature 雜志刊登量子門研究（來源：Nature）

新研究基于量子隱形傳態(tài)（quantum teleportation）技術(shù),，該技術(shù)在以前的實(shí)驗(yàn)中曾被用于在兩者間用非物理手段傳輸未知的量子態(tài)?；?20 世紀(jì) 90 年代的理論,，耶魯大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了不基于任何直接相互作用的量子運(yùn)算（即“量子門”）。這種量子門的設(shè)計(jì)基于由獨(dú)立量子系統(tǒng)所構(gòu)建的量子網(wǎng)絡(luò),，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為此類設(shè)計(jì)將能消除源自量子物理本身,，量子處理器運(yùn)算過程中所出現(xiàn)的運(yùn)算錯誤,。

目前,，耶魯量子研究所由首席研究員 Robert Schoelkopf 和前研究生 Kevin Chou 所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在研究量子計(jì)算的模塊化方法。研究人員表示,，模塊化設(shè)計(jì)已被證明是構(gòu)建大型復(fù)雜系統(tǒng)的有效解決方案，從 SpaceX 的火箭引擎到生物細(xì)胞中的組織,，模塊化可謂是無處不在,。而預(yù)期的量子計(jì)算模塊化結(jié)構(gòu)將由一組模塊構(gòu)成,，用以將小型量子處理器連接到一個更大的網(wǎng)絡(luò)中,。

圖 | 耶魯大學(xué)所研發(fā)的模塊化量子計(jì)算設(shè)計(jì)示意圖（來源：yale.edu）

此體系結(jié)構(gòu)中的模塊彼此之間具有自然隔離,，從而減少了通過較大系統(tǒng)的不必要的交互,。研究人員表示，這種隔離也使模塊之間的操作成為一項(xiàng)獨(dú)特的挑戰(zhàn),。傳送量子門是實(shí)現(xiàn)模塊間操作的一種方式,。

在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中,，計(jì)算位的操作被稱為邏輯門,。就如角斗士競技場一樣,，在邏輯門中兩個計(jì)算位進(jìn)入，而最終只輸出一個計(jì)算位,。門以不同的形式選擇兩者中的勝者。邏輯門是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),，通常組合使用不同的邏輯門實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯運(yùn)算,。

這些計(jì)算位通過門的操作相互作用,，構(gòu)成了最終你想要得到的計(jì)算的基礎(chǔ),。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的邏輯門，計(jì)算位是 1 或 0 的確定狀態(tài),。但是,，量子版本的邏輯門，原先的確定狀態(tài)變成了 1 和 0 的不確定狀態(tài),，即疊加態(tài),。同時，這一狀態(tài)當(dāng)有任何“觀測性”行為發(fā)生時,，則會坍縮為確定的 0 或1 狀態(tài),。更糟的是，這種讓量子態(tài)塌縮的“觀測性”行為很容易發(fā)生,，這就讓量子計(jì)算機(jī)對環(huán)境提出很高的要求,。