量子数据转换提供了扩展量子技术架构的途径

巴黎KastlerBrossel实验室的研究人员成功地在两种不同类型的量子比特编码之间建立了第一个转换器-相当于经典信息的转换器，但针对不同类型的量子数据。这种高质量的信息重写为弥合在量子计算竞赛中竞争的许多不同平台之间的差距指明了道路，并可能实现未来网络的互连性。

在《自然光子学》二月的在线期刊中，JulienLaurat教授及其在LKB(索邦大学，CNRS，ENS-UniversitéPSL，CollègedeFrance)的同事报告了忠实量子比特编码转换的首次成功演示。量子领域支持两种不同的信息存储和处理方式，离散变量和连续变量。

与经典的模拟或数字信息编码类似，它们在某些任务和平台上是首选。LKB的研究人员已经找到了一种方法，可以将一种非常独特的量子信息翻译成另一种非常不同的量子信息，从而证实了互连不同量子设备的可能性。

在量子计算的竞赛中，现在正在开发许多平台，依赖于不同的量子系统，例如光子，中性原子，离子，超导体和半导体。对于所有这些系统，存在几种类型的编码，其选择取决于特定的应用程序和可用资源。解决量子网络中的这种异质性是一个紧迫的问题。它将允许集成每个功能的最佳功能，以实现更强大和高效的网络。

在量子网络开发的早期解决异构性可以防止兼容性问题，并允许未来不同量子系统的无缝集成和互连。此任务需要使用量子编码转换器，这是一种保留脆弱的编码量子信息信号的设备，同时更改其写入基础。

量子比特转换是一项复杂的挑战。创建转换器的直接方法是测量存储在一种编码中的信息，并将此信息重新创建到另一种编码中。不幸的是，量子力学和所谓的无克隆定理不允许对任意信息进行此操作。

在某种程度上，这种不便是因祸得福，因为量子密码学的力量就是从中汲取的。尽管如此，这迫使LKB的团队采取了另一条路线来创建转换器：使用量子纠缠。

纠缠描述了量子系统之间的非经典相关性。它被爱因斯坦描述为“远距离的幽灵行动”。这个诡异的举动，一开始在社区中引发了很多混乱，现在却是量子研究界许多提案的支柱。它是今年2022年诺贝尔物理学奖的主角，也是当前量子革命的核心。

“事实上，第二次量子革命，也被称为量子技术时代，是由在量子水平上驾驭和控制纠缠的能力驱动的。创建，操纵和分发纠缠的能力为许多新应用和技术打开了大门，这些应用和技术仅靠经典系统无法实现，“该研究的第一作者，现任量子创业公司Welinq的首席执行官兼联合创始人TomDarras说。

量子比特转换器的实现可以分为三个主要步骤。首先，必须创建关键资源，即纠缠。其次，将输入量子比特发送到转换器。最后，必须执行称为“贝尔状态测量”的特殊测量，从而将输入信息传送到输出量子比特。在这个过程中，与其他隐形传态协议形成强烈对比的是，量子比特被改写成另一个基础。

为了创建所有资源状态，Paris研究人员使用了高效的非线性光源，称为光学参数振荡器，在预示事件时输出高纯度单光子或光学猫状态，具体取决于所选晶体。他们还依靠高效超导单光子探测器。

为了成功，这个过程需要一种非常特殊的资源光纠缠，即所谓的离散变量量子比特和连续变量薛定谔猫量子比特之间的“混合纠缠状态”。为了实现贝尔态测量，混合纠缠的单光子部分被制造来干扰输入量子比特，然后进行增强的单光子检测。为了验证，输出量子比特的特征是使用称为“量子层析成像”的过程来计算输入和输出量子比特之间的保真度，这是评估过程质量的典型方法。对于任何输入量子比特，确认超过经典限制的转换。

“这一过程的成功是量子技术基础设施的一个重要里程碑。一旦我们能够互连量子设备，就可以构建更复杂，更高效的网络，“LKB的博士生，该论文的主要作者之一BeateAsenbeck说。“令人惊讶的是，以十年前的技术，这项任务几乎是不可能的。这是一个非常激动人心的时刻，看到推进我们对量子领域的基本理解正在推动我们的技术边界。