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通过传播光子耦合孤立量子系统是量子科学的中心主题 1、2，具有实现分布式容错量子计算 3 – 5 等突破性应用的潜力。到目前为止，光子已被广泛用于实现高保真远程纠缠 6 – 12 和状态转移 13 – 15，方法是用条件反射补偿效率低下，这是一种限制通信速率的概率性策略。与此相反，我们在这里通过实验实现了一个长期存在的确定性直接量子态转移的提议 16。利用高效的、参数控制的微波光子发射和吸收，我们展示了两个孤立超导腔量子存储器之间按需的高保真状态转移和纠缠。传输速率比任一存储器中光子的丢失速率更快，这是复杂网络的基本要求。通过以多光子编码传输状态，我们进一步表明，使用腔体存储器和状态独立传输创造了惊人的机会，可以通过量子误差校正确定性地减轻传输损耗。我们的研究结果为跨网络的确定性量子通信建立了一种引人注目的方法，并将实现超导量子电路的模块化扩展。直接量子态转移是一种快速、确定性的量子通信方案，用于在量子网络中传播光子 16 。在该协议中，发送节点以成形的光子波包形式发射量子态，然后被接收节点吸收。这需要光和物质之间强大的可调耦合，以及在共享通信频率上高效传输光子；到目前为止，由于光子耦合和传输效率低下，光网络中的状态转移具有高度概率性 8 。相比之下，超导微波电路可以将低损耗与强耦合相结合。该平台非常适合实现按需状态转移，从而以模块化方式扩展量子设备。为此，超导微波存储器和传播模式已成功对接，独立实现受控光子发射 17 – 20 和吸收 21 – 23。然而，由于高效、频率匹配的光子传输需求带来的困难，远距离确定性量子通信的目标至今仍未实现。
按需量子态传输与纠缠...
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