科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 張佳欣

英國(guó)《自然》雜志19日連發(fā)三篇論文，來(lái)自三個(gè)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們?cè)陂_(kāi)發(fā)容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)方面取得重要突破。他們驗(yàn)證了硅雙量子位門保真度，超越了容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的閾值（99%）。研究結(jié)果證實(shí)，硅材料中強(qiáng)大、可靠的量子計(jì)算正在成為現(xiàn)實(shí)。研究還表明，硅量子計(jì)算機(jī)與超導(dǎo)和離子阱一樣，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的有前途的候選者。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在磷供體形成的兩個(gè)核自旋之間創(chuàng)建了雙量子位通用量子邏輯運(yùn)算，通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的離子注入方法將其引入硅中。他們使用一種被稱為“量子門集層析成像（GST）”的方法，對(duì)其量子處理器的性能進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)99.95%的單量子位保真度和99.37%的雙量子位保真度。此外，根據(jù)研究結(jié)果，電子自旋本身就是一個(gè)量子位，可和兩個(gè)原子核糾纏在一起，形成一個(gè)三量子位的量子糾纏態(tài)，這一保真度達(dá)到了92.5%。這為大型硅基量子處理器在現(xiàn)實(shí)世界中的制造和應(yīng)用鋪平了道路。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用由硅和硅鍺合金堆棧形成的材料創(chuàng)造了一個(gè)雙量子位系統(tǒng)，其中量子信息被編碼在限制于量子點(diǎn)的電子自旋中，最終實(shí)現(xiàn)99.87%的單量子位保真度和99.65%的雙量子位保真度。

日本理化學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)采取了類似的路線，使用代爾夫特團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的相同材料堆棧，創(chuàng)建了雙電子量子位，實(shí)現(xiàn)了99.8%的單量子位保真度和99.5%的雙量子位保真度。研究結(jié)果首次使自旋量子位在通用量子控制性能方面與超導(dǎo)電路和離子陷阱相抗衡。

來(lái)自荷蘭和日本的研究團(tuán)隊(duì)在合作實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一種名為拉比頻率的屬性是量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。他們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)頻率范圍，其中單量子位門保真度為99.8%，雙量子位門保真度為99.5%，達(dá)到了所需的閾值。

研究人員證明了他們可實(shí)現(xiàn)通用運(yùn)算，這意味著構(gòu)成量子運(yùn)算的所有基本運(yùn)算，包括單量子位運(yùn)算和雙量子位運(yùn)算，都可在高于糾錯(cuò)閾值的門保真度下執(zhí)行。

為了測(cè)試新系統(tǒng)的性能，研究人員還采用了雙量子位的Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法。這兩種算法都能以96%—97%的高保真度輸出正確的結(jié)果，表明硅量子計(jì)算機(jī)可進(jìn)行高精度的量子計(jì)算。

總編輯圈點(diǎn)

目前，世界正處于一場(chǎng)大型量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)競(jìng)賽中，然而科學(xué)家的努力受到了一些因素的阻礙，比如消相干問(wèn)題，即量子位元中產(chǎn)生的噪聲。這個(gè)問(wèn)題隨著量子位數(shù)量增加會(huì)變得更嚴(yán)重，阻礙了規(guī)模的擴(kuò)大。因此，為了實(shí)現(xiàn)可應(yīng)用的大型計(jì)算機(jī)，科學(xué)家設(shè)定了至少99%的雙量子位門保真度。現(xiàn)在，這已經(jīng)在某些類型的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了，可以說(shuō)，科學(xué)家正在跨越硅量子計(jì)算機(jī)面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞： 保真度 計(jì)算機(jī) 閾值