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历史性时刻!量子计算达重要里程碑:操作精度超过99%

前瞻网 2022-01-20 16:36

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量子计算刚刚达成一个重要里程碑。

世界各地的三个独立团队已经通过了硅基量子计算99%的精度门槛,使无差错的量子操作即将成为现实。

在澳大利亚,由新南威尔士大学的物理学家Andrea Morello领导的团队实现了99.95%的单量子位操作精度,以及三量子位系统中的双量子位操作达到99.37%的精度。

在荷兰,由代尔夫特理工大学的物理学家Seigo Tarucha领导的团队在量子点的单量子位操作中实现了99.87%的精度,而双量子位操作实现了99.65%。

最后,在日本,由理化学研究所的物理学家Akito Noiri领导的团队实现了99.84%的单量子位操作精度和99.51%的双量子位操作精度,同样也是在量子点中。

所有三个团队于2022年1月19日都在《自然》杂志上发表了他们的成果。

科学家表示:“当错误发生率非常低的时候,检测到它们并纠正它们将成为可能。这表明,人们有可能建立具有足够规模和足够功率的量子计算机,以用来处理有意义的计算。”

量子计算依靠量子力学作为操作的基础。信息被编码在量子比特中,相当于二进制比特的量子计算。然而,当比特以两种状态之一——1或0——处理信息时,量子比特可以处于1、0或两者同时存在的状态。

最后一种状态——1和0同时存在——被称为叠加。保持量子比特的叠加状态使量子计算机能够通过在测量之前根据物体状态的概率运行计算来解决复杂的数学问题。然而,这项工作极易出错,提高量子操作的保真度一直是研究的主题。

2014年,Morello和他的同事们能够证明硅底中的量子信息有高达35秒的寿命。他们的量子比特是基于原子核的自旋状态,与环境隔离后,能够设定一个新的时间基准。但这种隔离也被证明是一个问题:它使量子比特更难相互交流,而这是进行量子计算的必要条件。

为了解决这个问题,Morell和他的团队通过将离子植入硅中并向系统引入了一个电子——制造微芯片的基本过程之一。这就是他们创建三量子比特系统的方式,而且它还成功了!

另外两个团队采取了不同的方法。他们创造了硅和硅锗合金的量子点,并安装了一个双电子量子比特门,也就是一个由多个量子比特组成的电路。然后,他们调整了施加在各自系统上的电压,并使用断层扫描来描述他们的系统。

两个团队都发现,他们的系统也达到了高于99%的保真度。

科学家表示,这项研究表明,硅量子计算机与超导和离子阱一样,是实现大规模量子计算机的重要候选者。

这些论文中的任何一篇都将是一项重大成就。这三个团队都独立地达到了同一个里程碑,这表明量子计算现在将突飞猛进。

第一组(按原文顺序)研究论文题为'Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon',第二组研究论文题为'Quantum logic with spin qubits crossing the surface code threshold',第三组研究论文题为'Fast universal quantum gate above the fault-tolerance threshold in silicon',都已发表在《自然》期刊上。

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责任编辑: 4161HSS

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