硅量子计算在三项研究中超过 99% 的准确度 迈克尔 ·欧

RIKEN 研究中使用的硅量子计算机芯片理研

来自世界各地的三个科学家团队在量子计算方面取得了重要的里程碑。所有三个小组都在硅基量子设备中展示了超过 99% 的准确度，为实用、可扩展且无错误的量子计算机铺平了道路。

经典计算机以比特形式存储和处理信息，比特表示为 1 或 0。然而，由于叠加的量子怪癖，量子计算机使用的量子比特可以是 1，也可以是 0，或两者兼而有之。这应该允许量子计算机比经典计算机更强大。然而，量子态对外部干扰很敏感，这可能会导致严重限制这些机器实用性的错误。

但现在，这三项新研究已经证明了错误率不到 1% 的量子计算机系统。更好的是，这些设备都是基于硅的，这将使它们更容易使用现有的商业半导体基础设施制造。

由澳大利亚新南威尔士大学 (UNSW) 领导的一个团队在一个量子比特系统中实现了 99.95% 的保真度，在两个运行量子比特中实现了 99.37% 的保真度。荷兰代尔夫特理工大学的第二个团队用一个量子比特实现了 99.87%，两个量子比特实现了 99.65%。最后，日本 RIKEN 的一个团队在一个量子比特系统中达到了 99.84% 的保真度，在两个量子比特系统中达到了 99.51%。

新南威尔士大学研究的主要作者安德里亚莫雷洛教授说：“当错误如此罕见时，就有可能发现它们并在它们发生时纠正它们。” “这表明有可能构建具有足够规模和足够能力的量子计算机来处理有意义的计算。这项研究是我们实现目标的旅程中的一个重要里程碑。”

新南威尔士大学团队的硅量子处理器示意图——红点代表磷原子量子比特，而电子（闪亮的椭圆形）包含它们两者新南威尔士大学

新南威尔士大学系统在植入硅芯片的磷原子核自旋中编码信息。这些原子的原子核是执行量子操作的核心处理器，它们通过与每个原子进行量子纠缠的电子相互连接。该研究的主要实验作者 Mateusz Mądzik 博士说：“如果你有两个与同一个电子相连的原子核，你可以让它们进行量子操作。” “虽然你不操作电子，但这些原子核可以安全地存储它们的量子信息。但现在你可以选择让它们通过电子相互交谈，以实现可以适应任何计算问题的通用量子操作。”

Delft 和 RIKEN 实验是使用两个电子的自旋作为量子比特进行的，每个电子都限制在一个由硅和硅锗合金制成的量子点中。

由于这三个团队的准确率都超过了 99%，研究人员表示，下一步是设计实用的硅量子处理器，该处理器可以扩大到商用量子计算机。

这三项研究均发表在《自然》杂志上 [1]、[2]、[3]。UNSW 团队在下面的视频中描述了这项工作。