近日，深圳国际量子研究院俞大鹏院士团队联合清华大学段路明院士团队，在超导量子网络研究中取得重要实验进展。研究团队成功在超导量子芯片之间实现了一条64米长的低损耗量子通道，基于微波飞行光子实现了高质量的远距离量子态传输和远距离纠缠生成，并首次实验演示了基于超导量子电路的跨芯片量子态以及量子门隐形传送。研究展示了基于超导量子电路构建长距离微波量子网络的一套可行方案，为分布式超导量子计算和量子网络奠定了关键实验基础。相关研究成果以“Deterministic quantum state and gate teleportation between distant superconducting chips”为题在国际学术期刊Science Bulletin上发表。

图1：实验整体及芯片结构概览，两个芯片通过64m长的超导微波同轴电缆链接，并实现远距离纠缠生成和量子隐形传送。

量子隐形传态技术可以利用远程纠缠，在不移动物体本身的前提下传输量子态，具有深远的理论价值与广泛的实际应用前景。尽管此前已在光学、离子阱等系统中实现，但超导量子电路受限于芯片互联性能，一直以来实验上只有单芯片内或近距离模块之间的演示。

本研究首次突破超导量子芯片间远距离高保真连接的技术瓶颈，构建了一条长达64米、低至0.32dB/km损耗的超导微波传输通道，实现了飞行微波光子的高效传输。研究团队采用可调耦合器实现对飞行光子的整形与捕获，并开发了一种原位校准控制波形的方法，成功制备出保真度达94.2%的远程纠缠对，刷新了该方向的实验纪录。

图2：高保真远程量子纠缠的生成。校准后的控制脉冲调控整形出对称的微波光子波包，并跨芯片在两个比特间传输，最终生成纠缠态。

在此基础上，研究人员进一步实现了量子态的确定性隐形传态，平均过程保真度达到78.3%，远高于经典极限1/2。同时，团队还利用量子门隐形传送协议实现了跨芯片的确定性远程CNOT门，其过程保真度达70.2%。这是超导量子电路中首个跨芯片的远距离量子隐形传送实验，为搭建超导量子网络以及分布式超导量子计算奠定了关键技术基础。

图3：量子态隐形传送和量子门隐形传送，各自的量子线路和过程矩阵。

该工作为构建跨芯片、跨制冷机的超导量子网络探索了一条可行路径，是构建超导量子网络，通过分布式架构推动超导量子计算规模扩展的重要一步。此外，研究中演示的超低损耗微波量子通道也为波导量子电动力学、微波波段的量子光学实验提供了理想的实验平台。

在该研究工作中，量子研究院邱嘉威、刘阳、胡玲为论文共同第一作者。刘松、钟有鹏、段路明院士、俞大鹏院士为通讯作者。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创局、国家自然科学基金委、合肥国家实验室等单位的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.11.047