量子计算机一直是一个神秘而“高大上”的存在。中国科学院院士潘建伟曾打个比方：如果说传统计算机的速度是“自行车”，那么量子计算机的速度就是“飞机”。量子计算机极高的运算速度源于其奇妙的量子特性。传统计算机的基础是位：所有内容要么是“0”，要么是“1”。量子计算机使用量子比特，它可以是“0”或“1”。在此基础上，量子计算机优于传统计算机。然而，急躁的量子计算机有一个致命弱点——量子比特非常脆弱，稍不留神就会失去其特殊的量子特性。结果，错误频繁出现，信息在传输过程中会迅速衰减。麻省理工学院电子研究实验室主任、电气工程和计算机科学教授WilliamOlive说：“量子计算机的主要挑战之一是让不在同一个地方的量子比特相互作用。”.很容易相互作用，但是远程连接的量子比特如何在一定距离内相互作用？”答案在于反常的光-物质相互作用。光子-原子量子结构光与其他物质之间的相互作用会引起各种物理反应，并已得到广泛研究。埃文斯哈佛大学物理学教授曾说过：“设计一个相互作用非常强的系统并不难，但由此产生的与环境的强烈相互作用也会产生噪音和干扰。因此，你必须把系统环境做到极致纯净，但这是一个巨大的挑战，因为我们选择了试验一种完全不同的运行机制。我们选择光子是因为它与所有物质的相互作用都非常微弱。”与光的波长相比，与天然原子相比，它们更小，呈点状。但超导“人造原子”不会。利用可见光和微波驱动它们发射携带量子信息的光子，可以保护量子比特中的信息。此外，即使没有光子从巨型原子中释放出来，波导上的多个量子比特仍然能够相互作用以执行操作。巨大的人造原子？它是可调的。简单来说，人造原子实际上是一个超导电路，只是它们表现得像一个原子。像自然原子一样，它们也可以获得电子，被激发，然后通过发光释放能量。由此，研究人员构建了一个“巨型原子”。两个超导量子比特充当巨大的人造原子。这些“原子”受到保护免于退相干，但仍通过波导相互作用。这个“巨型原子”的特点是它是可调谐的。研究人员可以调整量子位波导或电磁波导相互作用的强度。这样，利用波导加速，脆弱的量子比特可以在没有退相干或自然衰减的情况下执行高保真操作。你为什么这样做？一旦计算完成，量子位-波导耦合（相互作用、相互影响）的强度被重新调整，量子位能够将量子数据以光子的形式释放到波导中。“将量子位耦合到波导通常对量子位操作非常不利，因为这样做会大大缩短量子位的寿命，”麻省理工学院研究生、该论文的第一作者BharathKannan说。在量子信息的释放和传输中，波导是必不可少的。在这里，我们证明即使量子比特与波导强耦合，也有可能保持其相干性。然后我们有能力决定何时释放存储在量子比特中的信息。我们已经展示了如何使用巨型原子来打开和关闭与波导的交互。“量子处理与量子通信相结合，并且保真度研究人员表示，2-qubit纠缠率为94%，代表了一种新的光-物质相互作用机制。由于“巨型原子”本质上是电路，结构与微波波长一样大，当它们耦合到波导时与之相互作用。量子计算可以通过“巨型原子”进行，而量子通信信息可以在处理器之间快速共享。这项融合了量子信息处理和量子通信的工作是迈向完整量子平台的关键一步。研究人员观察到相干时间合并到巨原子中的量子比特大约需要30微秒，这意味着量子比特保持在量子态的时间几乎相同作为未耦合到波导的量子位的时间量，耦合时间的范围在10到100微秒之间。此外，该研究证明了2量子位纠缠的保真度为94%。这是研究人员首次引用具有强耦合波导的量子位的双量子位保真度。因为在这样的结构中，使用传统小原子进行此类操作的保真度通常很低。实验装置Kannan还表示，通过更多的校准、操作调整程序和优化的硬件设计，可以进一步提高保真度。
