单量子位操作99.95%的准确率 量子计算刚刚实现一个重要的里程碑成就

全球三支独立团队已经迈过了基于硅的量子计算99%的准确度阈值，将无错误的量子操作置于掌握之中。

在澳大利亚，由新南威尔士大学的物理学家 Andrea Morello 领导的团队在单量子位操作中实现了 99.95% 的准确率，在三量子位系统中实现了 99.37% 的两量子位操作准确率。

在荷兰，由代尔夫特理工大学物理学家 Seigo Tarucha 领导的团队在量子位中实现了99.87%的单量子位操作准确率和 99.65%的双量子位操作准确率。

最后，在日本，由 RIKEN 的物理学家 Akito Noiri 领导的团队实现了 99.84% 的单量子位操作准确率和 99.51% 的双量子位操作准确率。

这三个团队今天在《自然》上报告了他们的结果。

“我们的操作在99%的情况下没有错误。”Morello说，“当错误如此罕见时，就有可能检测并纠正它们。这表明有可能建造具有足够规模和足够能力的量子计算机来处理现实的计算。”

量子计算依赖于量子力学作为运算的基础。信息以量子比特编码。

然而，当位在两种状态之一(1 或 0)中处理信息时，量子位可以处于 1、0 或同时处于0/1的叠加态。

保持量子比特的叠加使量子计算机能够在测量之前基于对象状态的概率计算来解决复杂的数学问题。然而，这种机制很容易出错，提高量子运算的保真度一直是深入研究的主题。

2014 年，Morello和同事们让量子信息寿命延长至35秒。他们的量子比特基于原子核的自旋状态，与环境隔离，可以设置新的时间基准。但这种隔离也显出一个问题：它使量子比特之间更难相互通信。

为了解决这个问题，Morello 团队把离子注入硅，将电子引入了他们的两个磷核系统，这是制造微芯片的基本工艺之一。然后他们尝试创建三量子比特系统，并且成功了。

“如果你有两个与同一个电子相连的原子核，你就可以让它们进行量子运算。”新南威尔士大学的物理学家 Mateusz Mądzik 说。“虽然你不操作电子，但这些原子核安全地存储了它们的量子信息。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。”

其他两支队伍采取了不同的方法。他们创造了硅和硅锗合金的量子点，并安装了一个二电子量子比特门；即多个量子比特的电路。然后，他们调整了施加到各自系统的电压，使用被称为门集断层扫描的协议来表征他们的系统。

两个团队的系统保真度也达到了 99% 以上。

“所呈现的结果使自旋量子比特首次在通用量子控制性能方面与超导电路和离子阱竞争。”Tarucha 说，“这项研究表明，硅量子计算机与超导和离子阱一样，是用于研发实现大型量子计算机的有前途的候选者。”

三篇论文中的任何一篇都是一项重大突破。三个团队都独立地达到了相同的里程碑这一事实表明，量子计算现在正蓬勃发展。

“通常需要低于 1% 的错误率，才能应用量子纠错协议，”Morello说，“现在已经实现了这个目标，我们可以开始设计硅量子处理器，这些处理器可以扩展并可靠地运行以进行现实计算。”

https://www.sciencealert.com/silicon-quantum-computing-has-reached-over-99-percent-accuracy