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近日，中国科学技术大学郭国平教授团队与本源量子计算科技（合肥）股份有限公司合作，在超导量子计算领域取得重要进展。研究团队提出了一种增强型量子态传输方案，并在超导量子处理器上实现了远程量子纠缠生成。相关成果于近日以“Remote Entanglement Generation Via Enhanced Quantum State Transfer”为题发表在 PRX Quantum 上。

在可扩展量子计算系统中，远距离量子比特之间的高效连接是实现大规模量子信息处理的重要基础。当前主流的超导量子芯片通常仅具有最近邻耦合结构，这限制了远程量子比特之间的信息传输效率。因此，如何在仅依赖局域耦合的情况下实现远程量子态传输和远程纠缠生成，是构建大规模量子计算架构和量子网络的重要研究问题。理论上提出的 perfect state transfer（PST） 和 fractional state transfer（FST） 方案为解决这一问题提供了一种重要思路，但在实际系统中，中间量子比特的噪声和退相干效应往往会降低传输与纠缠生成的保真度。

图1. 增强型量子态传输结构示意图。传统线性结构中量子态在演化过程中会占据所有量子比特，而 zig-zag 结构通过在奇偶量子比特之间引入能级差，使中间量子比特的占据显著降低，从而有效抑制噪声对量子态传输的影响。

针对这一挑战，研究团队提出了一种新的 zig-zag（锯齿形）量子态传输结构。该方案在传统 PST 模型的基础上引入一个新的可调参数，通过在奇偶量子比特之间引入能级差，使量子态在演化过程中对中间量子比特的占据显著降低，从而有效抑制中间量子比特噪声对传输过程的影响。理论分析表明，该模型在参数为零时退化为传统 PST 模型，而在参数较大时系统会等效为一个更短的有效量子链路，从而展现出良好的噪声鲁棒性以及优雅的数学结构。

图2.二维量子网络中的远程纠缠生成实验结果。在 3×3 超导量子比特网络中，通过增强型量子态传输方案实现了四个角量子比特之间的 W 态纠缠生成，实验重构的密度矩阵与理论预测符合良好，展示了该方案在二维量子网络中的可扩展性。

在实验方面，研究团队在超导量子芯片上验证了该方案，并在一维量子比特链中实现了远程纠缠生成。实验结果表明，通过增加该结构中的调控参数，可以有效抑制中间量子比特的占据，从而降低噪声影响并提升远程纠缠生成的性能。研究团队进一步将该方案推广至二维量子网络，并在 3×3 量子比特网络中成功制备四个角量子比特之间的 W 态纠缠，展示了该方案在更大规模量子网络中的可扩展性。该工作为未来实现可扩展量子计算和量子网络中的远程量子通信提供了新的技术路径。

论文第一作者为中国科学技术大学博士生王天乐。通讯作者为段鹏博士、龚明教授和郭国平教授。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金以及国家量子科技创新项目等的支持。

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/4x8d-cmyx