科学家们刚刚从理论上阐述了如何将量子处理器远距离连接起来，形成一个像单个机器一样运行的巨大量子计算网络。

物理学家已经为量子计算机创造了一种新的模型，可以更容易地将它们按比例放大，并使它们比以前想象的更强大。

5月21日发表在《PRX量子》杂志上的一项研究概述了这一新理论，该理论建议将量子比特（量子计算机的基本工作部件）远距离连接起来，就像它们是一台超级强大机器的一部分一样工作。

经典计算中使用比特来处理二进制状态为1或0的数据，而量子计算使用量子位（依赖于量子力学定律）以1和0的叠加方式对数据进行编码。这意味着数据可以同时在两种状态下编码。每个量子位以给定的频率工作。

然后，这些量子位可以通过量子纠缠连接在一起 —— 它们的数据在时间或空间上跨越巨大的分离 —— 以并行处理计算。纠缠的量子比特越多，量子计算机就会变得指数级强大。

纠缠的量子比特必须共享相同的频率。但该研究建议给它们“额外”的工作频率，这样它们就可以与其他量子位共振，或者在需要时自己工作。

通往量子霸权之路

有了足够多的纠缠量子比特，未来的量子计算机可以在几秒钟内完成传统计算机需要数千年才能完成的计算。但你需要一个拥有数百万量子比特的量子处理器来实现这种“量子霸权”状态，而目前最强大的量子处理器只有1000个量子比特。

但是保持纠缠量子位之间的稳定性，以便处理数据是困难的，并且需要复杂的电子设备和设备。将量子计算机中的量子位扩展到足以超越当今最强大的超级计算机，这也是一个主要障碍 —— 因为你还需要扩展复杂的电路。

但是科学家们提出，通过给每个量子位额外的频率，他们可以让它们一起工作来处理计算，就好像它们是单个量子计算机的一部分一样。尽管它们可能相隔很远。这意味着，你可以将几个较小的量子处理器连接在一起，而不是一个难以维护的大型量子处理器。

“量子计算机中的每个量子比特都以特定的频率运行。“实现量子计算机的独特功能依赖于能够通过不同的频率单独控制每个量子位，以及通过匹配它们的频率来连接成对的量子位，”该研究的主要作者、罗德岛大学量子信息助理教授Vanita Srinivasa在一份声明中说。

将量子位像“乐高积木”一样组装在一起

科学家们说，通过施加振荡电压，他们可以为每个量子位产生额外的频率。通过这样做，你可以利用新生成的共享频率将多个量子位连接在一起，而不必匹配它们的原始频率。然后，这些量子位可以连接在一起，但也可以使用它们的原始频率单独控制。

Srinivasa在声明中说：“这种扩展的方法就像用固定大小的乐高积木建造一个更大的系统，这些积木就像单个模块，然后用更长的积木连接起来，这些积木足够坚固，可以在外部影响破坏连接之前保持足够的时间。”

该模型旨在克服科学家在未来扩大量子处理器规模时将面临的挑战。它们通常由半导体制造，并使用数十亿个微小的晶体管，这些晶体管可以用来制造紧凑的量子比特。然而，科学家们说，在量子处理器中简单地添加越来越多的量子位有一天将是不可行的。

使用新模型，研究人员相信未来的量子计算机将以模块化的方式构建 —— 在量子处理器中使用更小的量子比特阵列，这些量子比特阵列使用鲁棒和远程纠缠链路连接在一起。这将使它们比我们今天所拥有的技术更强大，计算速度更快。

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