什么是量子存储器，量子存储器有什么用？

实用的量子计算可能需要将许多较小的量子计算系统联网，因此需要传输量子纠缠粒子。这种传输可能使用“量子存储器”进行长距离通信，类似于使用中继器进行经典通信。它还可以使用复杂的机器学习方法和纠错技术，在没有量子中继器的情况下进行更远距离的通信。

量子存储器是为量子计算机提供二进制数字设备中使用的存储器模拟的设备。量子存储器存储光子或其他纠缠粒子的量子态，而不会破坏该粒子的量子信息。量子存储器应该能够释放与用于数据检索的存储粒子具有相同量子态的纠缠粒子。数字二进制存储器存储两种状态，0 或 1，而量子存储器可以在量子叠加中存储多个状态。换句话说，量子存储器存储量子比特供以后检索。

在传统的二进制计算机中，各种存储器技术用于存储和同步各种计算过程或存储从一个位置传输到另一个位置的信息。同样，对于量子计算机或使用量子位的通信，量子存储器也有类似的用途。当前的量子存储器使用光子（光），其中光子的量子态被映射到一组原子上，随后可以恢复为具有相同量子态的光子。

量子存储器受到类似的相干性问题的限制，这些问题限制了量子计算的使用。它们需要相干物质系统，这样存储在内存中的量子信息就不会因为退相干而丢失。这些相干物质系统可能是非常冷的气体或固态系统。

量子存储器将使量子中继器能够实现更远距离的量子通信网络。这是 2023 年 OFC 的“量子信息和光通信网络”专题讨论会的一个重要内容，也是寻找用于更远距离通信的量子中继器替代方案的重要内容。来自许多国家大学的研究人员谈到了如何创建基于量子的通信网络。

来自西北大学的 Prem Kumar 主持了研讨会，讨论了新兴量子网络的工程挑战。他说，使用量子态进行通信有两个重要的问题。首先，不可克隆定理说不可能复制一个未知的量子态，而海森堡不确定性原理说不可能知道一个量子态。

纠缠光子等粒子的量子态可以实现隐形传态，从而绕过这些量子力学问题，但纠缠的实际应用很困难，因为它难以维持，因此许多因素都可能导致退相干和纠缠丢失。创建使用量子态的量子互联网存在许多操作挑战。特别是，它如何与经典通信网络一起工作（为了使这项技术负担得起）以及用户如何获得量子通信中使用的纠缠粒子（这可能需要非常专业和昂贵的设备）以及什么样的软件和算法将用于管理量子网络。

西北麦考密克工程学院正在建设伊利诺斯高速量子网络 (IEQNET) 实验性量子城域网。该网络将连接费米实验室、阿贡实验室和西北大学，并允许在同一根光纤上传输量子光和经典光。下图显示了该网络的三个操作平面，图像底部的量子基础设施平面、中间的 IEQNET 控制平面和顶部的量子网络应用平面。

在 OFC 有一个示范区，由一家名为 NuCrypt 的公司使用相同的光纤进行经典和量子通信。请注意，传统光网络上的量子比特传输需要“量子包装器”网络协议。请注意，IEQNET 不包括长距离量子通信所需的量子中继器技术。

下图显示了使用此量子包装器的量子网络。请注意带有量子内存集群的 QLNA3，它可以参与从许多较小的量子计算机系统中制造出更大的量子计算机。

来自布里斯托大学（英国）的 Reza Nejabati 谈到了安全和可扩展的量子计算，包括量子网络。英国量子网络将布里斯托尔 QNET 连接到剑桥 QNET。该网络还支持使用相同的通信光纤进行经典通信和量子通信。它对纠缠光子使用动态与固定网络拓扑。他们还使用机器学习 (ML) 和深度神经网络 (DNN) 来估计和管理基于纠缠的网络的性能。

一台有用的量子计算机应该有超过 100 万个量子比特。这对于单个量子计算机来说是不可能的，也不经济。因此，可扩展的量子计算系统将是一个由大量较小的量子处理器组成的网络。量子通信网络是创建有用的量子计算机的重要元素。基于 FPGA 的互连解决方案在用于测量交换的远程门量子处理单元 (QPU) 之间提供低延迟和时间确定性经典通信。

来自弗吉尼亚理工大学的 Sophia Economou 对量子纠错编码进行了广泛的概述。这包括使用量子中继器进行长距离通信的讨论。这些量子中继器使用量子存储器来实现更远距离的量子数据重传。她研究了一种全光子中继器方案，不需要使用容错中继器图的通信节点之间的量子存储器或经典信号。

她还研究了使用物质发射器产生纠缠光子的确定性纠缠粒子生成。有两种方法，转导和顺序发射。一个使用空间资源，另一个使用时间资源。顺序发射，例如量子点 (QM) 更实用。

量子通信将是创建实用量子计算系统的重要元素。这需要在与传统通信共享的通信网络中传输量子态。这可以通过使用量子存储器或其他技术的量子中继器来实现，以增强更远距离的量子纠缠粒子数据传输。

参考链接：https://www.forbes.com/sites/tomcoughlin/2023/03/21/what-is-quantum-memory-and-what-is-it-good-for/?sh=10caa974ece4

—煤油灯科技victorlamp.com编译整理—