芝加哥大学研究人员在量子互联网研发上更进一步。可极大提升量子网络的范围，将量子互联网带进现实。美国芝加哥大学的研究人员展示了一种制造量子网络硬件的新方法，可以在更远的距离上保留更多信息，从而将强大的量子网络带到现实。

根据芝加哥大学的消息，研究人员开发出一种新的纳米制造方法，可以极大地扩大量子网络的范围，使量子互联网比以往任何时候都更接近现实。

量子计算机虽然功能强大、速度极快，但众所周知很难远距离连接。之前，两台量子计算机通过光纤电缆连接的最大距离只有几公里。这意味着，即使安装了光纤电缆，位于芝加哥市中心威利斯大厦的量子计算机和位于芝加哥南区的芝加哥大学普利兹克分子工程学院的量子计算机相隔太远，无法进行通信。根据芝加哥大学分子工程学院助理教授钟天发表在《自然·通讯》上的一篇论文，这个最大距离从理论上将增加到2000公里。

按照这一新方法，以前无法连接到威利斯大厦的芝加哥大学量子计算机现在可以连接到犹他州盐湖城外的量子计算机并进行通信。钟天说："我们首次掌握了构建全球规模量子互联网的技术。"钟天因这项工作获得了著名的斯特奇奖。

将量子计算机连接起来以创建强大的高速量子网络需要通过光纤电缆将原子纠缠在一起。这些纠缠原子保持量子相干态的时间越长，量子计算机可以彼此连接的距离就越长。

在新发表的论文中，钟天和他在芝加哥大学分子工程学院的团队将单个铒原子的量子相干时间从0.1毫秒提高到超过10毫秒。在其中一个案例中，他们展示了量子相干时间长达24毫秒，理论上，这将使量子计算机能够连接的距离达到惊人的4000公里，相当于从芝加哥大学分子工程学院到哥伦比亚奥卡尼亚的距离。

创新之处不是使用新的或不同的材料，而是通过不同方式使用相同的材料。他们使用分子束外延技术创造了量子纠缠所必需的稀土掺杂晶体，而不是传统的切克劳斯基法。

钟天将切克劳斯基法比作制作传统的火锅。他说："你把适当比例的配料放进去，然后把所有的东西都融化。它的温度超过2000摄氏度，然后缓慢冷却形成材料晶体。"为了将晶体变成计算机组件，研究人员随后通过化学方式将其"雕刻"成所需的形式。这有点像雕塑家选择一块大理石板，然后把所有不需要的部分凿掉。而分子束外延技术则更像是3D打印。它一层又一层地喷涂薄层，将所需的晶体构建成最终的精确形式。

钟天说："我们从零开始，然后一个原子一个原子地组装这个设备。这种材料的质量或纯度非常高，这些原子的量子相干特性变得非常出色。"尽管分子束外延技术是一项已知的技术，但它从未被用于构建这种形式的稀土掺杂材料。钟天和他的团队与材料合成专家、芝加哥大学分子工程学院助理教授杨硕龙合作，对分子束外延技术进行了改进，以达到此目的。

光子科学研究所的于格·德·里德马滕教授是该领域的全球领导者，他没有参与这项研究。他说："这篇论文展示的方法非常有创新性。这表明，自下而上、控制良好的纳米制造方法可以实现具有优异光学和自旋相干特性的单一稀土离子量子比特，在光纤兼容的设备架构中实现长寿命的自旋光子接口，所有发射都在电信波长上。这是一个重大的进步，为以可控方式生产许多可联网的量子比特提供了一个有趣、可扩展的途径。"

接下来，钟天和他的团队将测试增加的相干时间是否能让量子计算机在长距离上相互连接。钟天说："在我们真正从芝加哥铺设光纤到纽约之前，我们将先在我的实验室里进行测试。"测试包括通过1000公里长的电缆将两个稀释制冷机中的量子比特连接起来，这两个稀释制冷机都在钟天在芝加哥大学分子工程学院的实验室里。这是下一步，但绝不是最后一步。

钟天说："我们正在我的实验室里建造第三个制冷机。当它全部组装完毕后，将形成一个本地网络，我们将首先在我的实验室进行本地实验，以模拟未来的长途网络会是什么样子。这些都是创建真正的量子互联网这一宏伟目标的一部分，我们正在朝着这个目标又取得了一个里程碑。"