科学家们实现了双量子位门操作结果的平均重合度(保真度)为 96%，纠缠双量子位态的准备质量为 98.74%。一种创建量子设备的新方法将有助于有效地扩展无限大小的系统。研究结果发表在《Physical Review X》上。
为了使量子计算发挥作用，科学家需要包含大量量子位的设备，每个量子位必须依次与所有其他量子位连接。然而，这种架构的成熟设备的实现尚未出现：例如，在超导体的情况下，物理上不可能将所有量子位在同一平面上相互连接 - 失去相干性和相移效应介入。
与此同时，研究人员继续尝试绕过物理限制，并使用类似于组织以太网的方法来做到这一点——超导量子位使用中央路由元件进行连接。为此，物理学家使用通用谐振器总线或将计算模块与多模环形谐振器连接。这种方法已经存在其他缺点 - 例如，节点之间的切换时间很长，其数量级接近超导量子位的相干时间。
由芝加哥大学的安德鲁·克莱兰(Andrew Cleland)领导的美国物理学家提出了一种新的模块化量子处理器架构，将系统的每个量子位连接到超导量子干涉装置。
为此，科学家们创建了一个由四个超导量子位和四个独立控制节点组成的电路，这些节点通过电流连接到中央电容器。通过动态通量调节控制的匹配开关选择性地连接量子位对，从而实现了所有到所有的量子位通信。在蓝宝石基板上制作的单个量子位模块配备有单独的输出触点，并放置在冷却至 10 毫开尔文的通用主板上。
物理学家以量子 CZ 门为例演示了开关的功能和操作协议。测试结果显示，平均门执行时间约为46纳秒，保真率为96%，误差约为0.08%。随后，科学家们进行了数值模拟，发现他们设备上的两个量子位门的准确率的理论极限接近 99%。研究人员随后生成了涉及前两个、然后是三个和四个量子位的 Greenberger-Horn-Zeilinger 纠缠态。第一个案例的最终一致度为 98.74%，第二个案例的最终一致度为 88.15%，第三个案例的一致度为 75.18%。物理学家将结果的这种下降与单个量子位在不活动期间的退相干联系起来，而该算法与电路的其他元件一起工作。
该工作的作者指出，他们提出的连接方法可以通过增加量子位的相干时间来改进，并且可以进一步用于将四个以上的模块同时连接成星状结构。
