科學家們實現了雙量子位門操作結果的平均重合度(保真度)為 96%，糾纏雙量子位態的準備質量為 98.74%。一種創建量子設備的新方法將有助于有效地擴展無限大小的系統。研究結果發表在《Physical Review X》上。

為了使量子計算發揮作用，科學家需要包含大量量子位的設備，每個量子位必須依次與所有其他量子位連接。然而，這種架構的成熟設備的實現尚未出現：例如，在超導體的情況下，物理上不可能將所有量子位在同一平面上相互連接 - 失去相干性和相移效應介入。

與此同時，研究人員繼續嘗試繞過物理限制，并使用類似于組織以太網的方法來做到這一點——超導量子位使用中央路由元件進行連接。為此，物理學家使用通用諧振器總線或將計算模塊與多模環形諧振器連接。這種方法已經存在其他缺點 - 例如，節點之間的切換時間很長，其數量級接近超導量子位的相干時間。

由芝加哥大學的安德魯·克萊蘭(Andrew Cleland)領導的美國物理學家提出了一種新的模塊化量子處理器架構，將系統的每個量子位連接到超導量子干涉裝置。

為此，科學家們創建了一個由四個超導量子位和四個獨立控制節點組成的電路，這些節點通過電流連接到中央電容器。通過動態通量調節控制的匹配開關選擇性地連接量子位對，從而實現了所有到所有的量子位通信。在藍寶石基板上制作的單個量子位模塊配備有單獨的輸出觸點，并放置在冷卻至 10 毫開爾文的通用主板上。

物理學家以量子 CZ 門為例演示了開關的功能和操作協議。測試結果顯示，平均門執行時間約為46納秒，保真率為96%，誤差約為0.08%。隨后，科學家們進行了數值模擬，發現他們設備上的兩個量子位門的準確率的理論極限接近 99%。研究人員隨后生成了涉及前兩個、然后是三個和四個量子位的 Greenberger-Horn-Zeilinger 糾纏態。第一個案例的最終一致度為 98.74%，第二個案例的最終一致度為 88.15%，第三個案例的一致度為 75.18%。物理學家將結果的這種下降與單個量子位在不活動期間的退相干聯系起來，而該算法與電路的其他元件一起工作。

該工作的作者指出，他們提出的連接方法可以通過增加量子位的相干時間來改進，并且可以進一步用于將四個以上的模塊同時連接成星狀結構。