深圳国际量子研究院实现超导量子计算跨越4K温区微波量子互联

深圳国际量子研究院钟有鹏研究员与俞大鹏院士团队在超导量子芯片互联领域取得重要突破，首次实现了跨越4K温区的超导量子芯片间微波量子态传输与纠缠生成。相关研究成果以"A thermal-noise-resilient microwave quantum network up to 4 K"为题，于2026年2月27日在国际学术期刊Nature Electronics在线发表。

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俞大鹏院士指出，这项成果为构建大规模量子计算网络奠定了关键技术基础。

微波技术作为现代无线通信的基石，支撑着从卫星通信到移动网络的庞大信息基础设施。然而当应用场景从经典领域拓展至量子领域时，却面临着一个根本性的物理限制：微波光子的能量极低（例如5GHz微波光子的能量仅约20微电子伏特），这一特性使其对环境中的热噪声极为敏感。在室温条件下，黑体辐射谱在微波波段拥有数以千计的热光子，它们会轻易湮没脆弱的单光子量子态。因此，为实现有效的量子信息处理，基于微波频段的超导量子电路必须工作在接近绝对零度的极低温环境下（通常低于20毫开尔文，由稀释制冷机提供），以近乎完全地抑制热激发的噪声。虽然这种严苛的低温要求能在单个稀释制冷机内实现高精度的量子操控，却构成了构建可扩展微波量子网络的重大障碍，制约了超导量子电路向分布式、模块化架构的发展，也阻碍了其与可在更高温度（如4K或更高）下工作的其他量子系统（如半导体量子点或光学接口）进行混合集成。

本研究提出并实现了一种抗热噪声的新型微波量子网络架构：研究团队利用1米长的铜铌超导传输线连接两个超导量子比特，在传输线温度高达4K的条件下仍可实现量子态传输与纠缠生成。通过可调耦合器将热通道与10mK冷负载强耦合，借助辐射冷却机制将通道的热占据数降低至0.06个光子，相较环境热噪声降低两个数量级。在量子态传输过程中动态关闭耦合器，在通道重新热化前的时间窗口内快速完成量子态传输和纠缠生成。

实验装置示意图和超导量子芯片照片

实验结果表明，在4K通道温度下，该方法实现量子态传输过程保真度达58.5%、Bell态保真度达52.3%，均突破经典极限。上述结果均未进行读取误差修正。经误差修正后，在1K通道条件下，纠缠保真度可达93.6%，达到容错互联的界面错误率阈值水平，并观察到贝尔不等式的显著违背，整体性能达到mK温区环境下同类实验的水平。

本项工作中，深圳国际量子研究院邱嘉威助理研究员与南方科技大学研究生张子豪为论文共同第一作者，深圳国际量子研究院钟有鹏研究员、牛晶晶副研究员和俞大鹏院士为通讯作者。研究工作得到深圳市科技创新局、国家自然科学基金、合肥国家实验室、广东省科学技术厅等单位的资助与支持。