量子物理学：光ネットワークリンクにまたがる分散量子コンピューティング
Nature 638, 8050 doi: 10.1038/s41586-024-08404-x
分散量子コンピューティング（DQC）は、ネットワーク化された複数の量子処理モジュールの計算能力を組み合わせて、理想的には性能やキュービットの接続性を損なうことなく大規模な量子回路の実行を可能にする。フォトニックネットワークは、汎用的で再構成可能な相互接続層としてDQCに非常に適しており、ネットワークにまたがって物質キュービット間で共有される遠隔エンタングルメントにより、量子ゲートテレポーテーション（QGT）を通じて全対全の論理接続が可能になる。スケーラブルなDQCアーキテクチャーの場合は、QGTの実装が決定論的で反復可能でなければならないが、これらの要求を満たす実証はまだ存在しない。今回我々は、フォトニック相互接続された2つの捕捉イオンモジュール間での量子計算の分散を実験的に実証する。これらのモジュールは、約2 m離れており、それぞれ専用のネットワークキュービットと回路キュービットが含まれる。我々は、ネットワークキュービット間の伝令付き遠隔エンタングルメントを使用することによって、別々のモジュールの2つの回路キュービット間で制御Z（CZ）ゲートを決定論的にテレポートし、86％の忠実度を達成した。次いで、グローバーの探索アルゴリズムを実行して71％の成功率を測定した。これは我々の知る限り、複数の非局所2キュービットゲートから構成される分散量子アルゴリズムの最初の実装である。さらに、それぞれ2個と3個のQGTインスタンスでコンパイルされた分散iSWAP回路と分散SWAP回路を実装し、任意の2キュービット演算を分散できることを実証した。光子は、さまざまなシステムとのインタフェースが可能なため、今回実証された汎用DQCアーキテクチャーは、さまざまな物理プラットフォーム向けの大規模量子コンピューティングに向けた実現可能な道筋を提供する。
