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量子互联面临的挑战
将量子处理器（以及它们所包含的量
子比特）互联，对系统设计人员提出
了一系列不同于经典计算的挑战：
• 退相干：由于与其他（系统）量子比特
或周围环境的相互作用，量子比特可
能会失去其量子态。将量子处理器以
及它们的量子比特互联尽管在诸多
方面颇有助益，但也会增加退相干的
概率，可采用先进的纠错方案来缓解
这个问题。Google Quantum AI的研
究人员最近创建了一种表面码方案，
可有效扩展到支持大约百万分之一
的错误率。
• 保真度损失：当量子信息在处理器
和量子比特之间传输时，保真度可
能会受损，这意味着信息的准确度
会随之降低。降低临界电流、约瑟夫
森电容和栅电容仅仅是量子工程师
们用来保持保真度的部分技术。
• 计时和同步： 量子运算需要精
确的计时来进行可靠、一致的计
算。尽管在互联的处理器之间实
现完美同步十分困难，但研究人
员正在利用不同的量子纠缠技
术来提高时钟同步的可靠性。
目前的解决方案和技术
尽管面临诸多挑战，但系统设计人
员还是利用各种解决方案和技术
成功实现了量子处理器互联，并
在这些处理器之间传输数据。
例如，光子技术（包括唾手可得的光学
开关、分光器和光纤电缆）使量子数据
能够在处理器之间无缝移动。通过将量
子比特的量子态转换为光子，将该光子
传输到另一个位置，然后再将其转换
回量子比特态，量子信息就可以在没
有物理连接的处理器之间进行传输。
系统设计人员还使用量子中继器来帮
助维持多个处理器之间的数据保真度。
与传统网络中增强信号强度的传统中
继器在原理上类似，量子中继器依赖先
进的量子纠缠技术。美国阿贡国家实验
室认为，在不丢失或破坏脆弱量子态
的前提下，纠缠交换是目前在长有损
信道上传输量子信息最有效的方法。
除了量子纠缠，还有一种被称为"UQ
Connect"的更简单技术，它使用电场
链路在量子处理器之间快速、精确地
移动数据。萨塞克斯大学的研究人员
表示，UQ Connect可将芯片像七巧板
一样拼插在一起，构成大规模量子计
算机，提供2424/s的稳定连接速率。
最后，微波通道和互联可帮助系统设
计人员连接量子处理器，并使各种量
子态在量子比特之间传输成为可能。
不过这一领域还有更多工作要做，因
为传播量子微波的技术落后于可见光
和红外波长的量子光学大约20年。
量子互联的未来
麻省理工学院的Bharath Kannan最
近指出，量子互联的成功实现标志着用
更小单件组成更大规模机器的模块化
迭代向前迈出了关键一步。
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可以肯定
的是，确保更小子系统之间的无缝通
信将为量子处理器提供更模块化的架
构，Kannan将其称为一种"更简单的扩
展方式"，用来支持更大规模的系统。
未来，对大规模量子机器的需求只增不
减，这会催生出创新的方法来显著改进
量子互联。例如，下一代量子系统可以
采用混合架构，在多个处理器上组合
不同类型的量子比特，以实现最佳性
能。同时，每个处理器的量子比特数量
可能从几十个、几百个扩展到数万个。
尽管在互联处理器之间传输数据时，
维护脆弱的量子态存在固有挑战，但
最近的技术进步和新技术正在为大
规模量子机器的出现铺平道路。未来
十年有望在这一领域取得振奋人心
的发展，使半导体行业距离设计出强
大的互联量子计算机，解决经典机器
无法解决的大量现实问题更近一步。
