量子估算，作为一种遵守量子热学规律来调控量子信息单元进行估算的新模式；相对于精典计算机的比特位（bits）来说，量子比特的处理速率更快，更适宜于高速数据搜索，也将进一步建立网路安全，其被人们寄寓厚望。
它可以快到哪些程度？一旦量子计算机成功问世，那人们似乎就须要改变现有的全部密码和信息保护方法，由于它可以在几秒钟内实现“暴力破解”。
尽管它可以这么高效地运算，但其内部数据传输的形式就和综艺节目里常玩的“传话游戏”类似——每个量子比特向身边近来的下一个进行沟通，即使不会像游戏通常由于戴上麦克风而发生传递错误，但这些信息“挨家挨户”传递的方法其实也并不变得这么的前沿而且快速。
不过现在，来自英国耶鲁学院的研究团队突破了这一信息传递限制，她们证明了两个量子估算组件，也就是“自旋”硅量子比特在计算机芯片中，尽管它们相距较远也可以互相作用。这项研究成果发表在了最新一期的刊物上。耶鲁学院化学系的中学生Felix、联合研究学者G.Croot、J.，现已在微软工作的X.Mi，以及“尤金·希金斯”物理学院士JasonR.Petta共同完成了该研究。
图|研究团队合照（来源：Felix,）
突破量子比特信息传输限制
作为这项研究的负责人，JasonR.Petta表示：“在硅芯片上跨越这个距离来传输信息的能力，将为我们的量子硬件带来新的功能。”
对于该研究的目标，Petta解释道：“我们的最终目标是在一个二维网格中排列出多个量子比特，因而让其执行更为复杂的估算。从长远的角度来看，这项研究有助于改善单一芯片上、还有芯片与芯片之间的量子位元通讯情况。”
量子计算机之所以具有极大应用潜力，主要在于和传统计算机的二补码相比，其比特都有0和1的状态；并且量子计算机还存在一个0和1之间的任意线性组合，属于一种像“薛定谔的猫”一样的叠加状态。假如将多个量子比特置于一起，这种叠加状态之间又互有关联，还能储存和估算更多的数据。
简言之，多个量子比特在某一次操作以后不是仅代表多个比特“0”和“1”的一种组合，而是可以代表所有可能的态。这样在运算的时侯，采用量子比特则是把所有态一起估算，可大大推动运算速率。而假如能够进一步让量子比特赶超“面对面”的距离进行联系，则可能更大程度降低量子计算机的潜力。
所以，让成千上万个量子比特可以相互通信是量子计算机这个“未来化”项目的关键。目前，来自微软、IBM，以及其他公司的量子计算机原型已包含几十个量子比特，这种量子比特都是由超导电路技术制造的。但许多技术专家觉得：从长远来看，基于硅的量子比特更有前途。
另外，硅载流子量子比特保持其量子态的时间，要长于超导电路量子比特的量子态时间。同时，硅作为在日常生活中被广泛应用的电子器件材料，其生产成本较低。但应用硅的话，就须要面对一个巨大的挑战：硅载流子量子比特是由单个电子构成的，但是规格十分之小，未能完善挺好的联接。
图|载流子硅量子比特在芯片上和另一个较远的进行通讯（来源：Felix,）
为解决这一问题，研究人员通过一根“电线”将量子比特联接上去，这条“电线”的形态与连入家庭的光纤电缆线比较相像。不过，不同的是导线实际上是包含着一个光粒子或光子的窄小腔体，它从一个量子比特接收信息并将其传送给下一个。
这两个量子比特之间的距离大概是半分米，和一粒面粉的宽度相当。从规格角度进行类比，假如每位量子比特都像一栋房屋那般大小，这么这个量子比特就可以向1200公里之外（距离和上海到南京相当）的另一个量子比特发送信息。
能进行信息沟通的关键，就是要让不同量子比特之间，以及腔体中的光子“说同一种语言”，而这也是该研究的关键之处。研究人员尝试将这三种粒子调节到一个相同的震动频度，最终成功地调整好两个独立的量子比特，并将它们耦合到了光子上。在此之前，这些设备的结构只能容许一个量子比特和光子耦合。
论文的第一作者、研究生Felix对外表示：“你必须平衡芯片两侧的量子比特能量和光子能量，能够让这三种元素相互交流，这是工作中真正具有挑战性的部份。”
每位量子比特都由捕获了一个电子的、被称为“双量子点”的小空间组成。电子具有一种叫作“自旋”的特点，它可以指向上或下两个方向，如同手册针指向南北一样。通过用微波场轰击电子，研究人员可以上下翻转载流子，进而控制量子比特处于0或1的量子态。
更紧贴产业的量子估算里程碑
这项研究一经发表，便在数学学界引起广泛关注。全球著名的数学研究门户网站在发布这项研究新闻过后，短时间内就得到了超过2000次的转发。其实，相比上去，评论数多少变得有些“寂寞”；其实是只有业界大鳄能够点评一二。
图|官网截图（来源：）
日本HRL实验室的中级科学家，也是与此研究合作过的Ladd对媒体说：“这是第一个能证明硅中电子载流子之间的距离远远小于容纳电子载流子纠缠态的装置。不久曾经，因为对微波耦合载流子的要求，以及要避开硅基元件中联通的噪音电荷的互相冲突锗与量子通讯，人们对这是否可行形成了怀疑。”
“而这是硅量子比特的一个重要的可能性证明，它为怎样联接量子比特，以及在未来设计基于硅的量子微芯片的几何布局上降低了相当大的灵活性。”补充道。
这项研究的成功，构建在JasonR.Petta团队过往在该领域的大量研究工作，以及其他科研人员相关突破的基础之上。此前，和两大刊物上发表了不少与之相关的技术发展文章。
在2010年发表于刊物上的一篇论文中，化学学家证明了在量子阱中捕获单个电子是可能的。在2012年的刊物上，又报导了从纳火锅中的电子载流子向微波频度的光子传递量子信息的过程。四年后，2016年的刊物则彰显了从硅基电荷量子比特向光子传递信息的能力。
近来三年的研究结果则更为Petta团队提供了实验基础。2017年，刊物上展示了如何以量子比特为单位的近邻信息交换；随即，在2018年的刊物上又展示出一个硅载流子量子比特与一个光子交换信息的实验。而正是该领域学者们的不断积累锗与量子通讯，最终帮助Petta的研究团队完成了这次研究突破。
图|左为James；右为（来源：Wiki）
英特尔量子硬件主管James表示：“多个量子比特之间的布线或互连，是大规模量子计算机面临的最大挑战。而Petta的团队在证明载流子量子比特可以长距离耦合方面作出了卓越的成果。”
耶鲁学院电气工程学院士，也是“黄仁勋全球影响力”教授称号获得者对此评价：“这项可以证明量子比特之间的长距离互相作用的成果，对于进一步发展比如模块化量子等量子技术至关重要，是朝着这一目标迈向的重要里程碑。由于它证明了由微波光子介导的、间隔超过4毫米的两个电子载流子之间的非局部互相作用。”
她还非常指出：“在电路中，该团队采用的是硅和锗这些半导体工业中大量使用的材料。而这会让研究更具有实用价值。”