2025年5月1日，哈佛大學Mikhail D. Lukin課題組在《Science》上發表題為“Universal distributed blind quantum computing with solid-state qubits”（基于固態量子比特的通用分布式盲量子計算）的研究論文，展示了一種基于光可尋址硅空位中心（SiV）的小規模盲量子計算協議。通過利用硅空位中心的核自旋與電子自旋實現量子信息的存儲與操控，研究團隊在其構建的雙節點量子網絡中成功演示了一套通用量子門集及分布式算法。該方法憑借固態量子比特的高效光學接口特性，在分布式量子計算網絡的規模化擴展中展現出重要潛力。

量子計算技術的突飛猛進引人興奮，然而維持量子比特的嚴苛環境決定了量子計算機可能沒有機會像個人電腦一樣真正走入千家萬戶，更大的可能是通過云計算來訪問量子計算機，即客戶端仍然使用傳統計算機，通過云訪問量子計算機實現特定算法。為了保證信息安全，物理學家們提出了盲量子計算，其中的“盲”意味著量子服務商無法獲得計算任務的全部信息。盡管量子計算機最有前景的實現是基于各種物質量子比特平臺（如中性原子、超導量子比特、囚禁離子、半導體量子點和固態缺陷），現有的盲量子計算實驗主要基于全光子平臺，對物質量子比特平臺的實驗探索較少。在物質量子比特上實現盲量子計算仍然是一個挑戰，其難點在于實現基于物質量子比特平臺的高效和可擴展性光學接口。

分布式量子系統是由多個量子節點通過量子通信鏈路互聯構成的網絡化系統，能夠在空間分離的節點間實現量子信息的協同處理與傳輸。它可以結合量子力學特性（如疊加、糾纏）和分布式計算架構的優勢，是實現大規模量子計算、量子通信及量子網絡的核心方向。

解決如何在分布式量子系統中實現盲量子計算，特別是基于固態量子比特的系統，對實現大規模實用性量子計算具有重要意義。該研究利用納米光子金剛石腔中的硅空位（SiV）中心和高效的光學界面，在分布式雙節點網絡上展示了一個由單量子比特和雙量子比特盲門組成的通用量子門集。使用這些裝置和手段，研究人員在雙節點網絡上執行了盲操作的分布式算法，證明了一條在分布式模塊化架構中使用物質量子比特開發盲量子計算的路線。

集成在金剛石納米光子腔中的硅空位（SiV）中心已被報道能提供高效的物質-光子界面。研究使用兩個物理分離的SiV中心，每個中心嵌入一個納米光子腔。服務器1包含兩個量子比特（電子和核自旋），服務器2包含一個電子自旋，通過微波或射頻脈沖施加高保真單量子比特和雙量子比特門。將這種基于SiV的雙節點量子網絡作為骨干，由兩個物理上分離的節點和一個光子測量裝置，分別作為兩個分布式服務器和一個客戶端。服務器使用自旋量子比特計算，并通過服務器生成的物質-光子糾纏應用盲門。產生的光子被發送到客戶端進行測量，測量可反映應用于自旋量子比特的門操作，同時保證了保密性。

▲由SiVs的兩節點量子網絡組成的分布式盲量子計算

研究先測試了單量子比特盲門實驗。通過自旋光子門（spin-photon gate，SPG）生成自旋-光子糾纏，客戶端測量光子在特定基下的結果，實現單量子比特旋轉。通過多次實驗測量盲門的保真度和信息泄露量。實現了盲Rz(?)門，保真度為94.8±0.3%，信息泄露量為

bits，遠低于完全揭示?所需的1 bit。

為了實現節點內雙量子比特盲門，研究人員使用電子和核自旋作為計算量子比特，通過SPG和本地雙量子比特門將光子糾纏分布到兩個節點。客戶端測量光子在不同基下的結果，實現不同的雙量子比特門，并測量輸出狀態的保真度和糾纏熵。實現了I門和CZ門的盲操作，輸出態和貝爾態保真度分別為0.85±0.01和0.85±0.02，信息泄露量僅為

bits。

在分布式雙量子比特盲門實驗中，兩個服務器節點之間分布自旋-光子糾纏，通過開關式糾纏實現CZ門或I門。客戶端測量光子在不同基下的結果，實現不同的雙量子比特門，并測量輸出狀態的保真度和信息泄露量。實現了CZ門和I門的盲操作，貝爾態和輸出態保真度分別為0.72±0.04和0.70±0.03，兩種盲門間的信息泄露量為0.12±0.06 bits。

本研究還首次將盲量子計算擴展至分布式架構，并通過兩節點量子網絡實現了具有隱藏算法的Deutsch-Jozsa類算法。客戶端通過量子網絡委托服務器執行計算任務，同時隱藏算法選擇與輸入數據，客戶通過四種隱藏算法正確確定常數和平衡屬性的平均概率為0.85±0.03，服務器無法區分不同算法的選擇。

總的來說，本文首次在固態量子比特上實現了通用盲量子門集，包括分布式盲操作，展示了物質量子比特在分布式模塊化架構中實現盲量子計算的可行性。盡管實驗中存在光子檢測概率低等挑戰，但通過使用輔助量子比特存儲器，可以實現確定性糾纏生成和確定性算法實現。本文的工作為實現容錯盲量子計算鋪平了道路，并展示了其在分布式量子計算中的潛在應用。

本文通訊作者，Mikhail D. Lukin，為美國科學院院士，美國物理學會會士，美國科學促進會會士，哈佛大學Joshua and Beth Friedman教授，科學與工程量子計劃聯合主任，QuEra Computing和Quantum Diamond Technologies的聯合創始人兼董事會成員。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.adu6894?af=R

編譯：Youyou