曉查發(fā)自凹非寺
量子位|公眾號(hào)
明天的刊物有些特殊，一共有3篇論文同時(shí)登上封面，實(shí)屬罕見。
來自美國、荷蘭、日本的3個(gè)不同團(tuán)隊(duì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了硅量子估算的一個(gè)重要里程碑——
保真度超過99%。
該結(jié)果與微軟量子計(jì)算機(jī)的2量子比特保真度達(dá)到同一水平。
這意味著，近乎無錯(cuò)誤的硅量子估算是可以實(shí)現(xiàn)的。硅量子計(jì)算機(jī)與微軟IBM的超導(dǎo)量子估算技術(shù)一樣，是實(shí)現(xiàn)小型量子計(jì)算機(jī)的有力候選者。
“當(dāng)錯(cuò)誤這么罕見時(shí)，就有可能測(cè)量到它們，并在它們發(fā)生時(shí)進(jìn)行糾正。這表明有可能建造具有足夠規(guī)模和足夠能力的量子計(jì)算機(jī)，來進(jìn)行有意義的估算。”
3篇論文之一的通信作者新南威爾士學(xué)院（UNSW）的院長(zhǎng)說。
△教授
但是UNSW團(tuán)隊(duì)多年前已取得了另一項(xiàng)超過微軟的成就：在硅量子系統(tǒng)上將信息保存了35秒。
這一時(shí)長(zhǎng)是微軟和IBM量子計(jì)算機(jī)的100萬倍，而后三者的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)僅能將信息保存100毫秒。
這3項(xiàng)研究在開發(fā)半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)的路上邁出了非常重要的一步。她們證明了魯棒的、可靠的量子計(jì)算機(jī)正在成為現(xiàn)實(shí)。
她們是怎樣做到的
以USNW團(tuán)隊(duì)的研究為例，為了保證量子系統(tǒng)的保真度，她們須要解決一個(gè)矛盾的問題：
那就是既要讓量子比特盡可能“與世隔絕”，以長(zhǎng)時(shí)間正確保存信息，還要使量子比特與外界互相作用，來執(zhí)行對(duì)量子估算的操控。
原子核載流子才能相爭(zhēng)當(dāng)?shù)嘏c外界環(huán)境隔離，之前量子信息保存35秒就是在核載流子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的。
怎么讓核載流子與外界互相作用，研究團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)磷原子核之間引入了一個(gè)電子。當(dāng)兩個(gè)核關(guān)聯(lián)到一個(gè)電午時(shí)，就可以通過共有的電子進(jìn)行交互。
△紅色點(diǎn)表示磷原子核，兩側(cè)閃耀的橢圓代表電子
論文作者之一Asaad博士說：
倘若您將核載流子與電子糾纏在一起，這么電子可以聯(lián)通到另一個(gè)地方，并與更遠(yuǎn)地方的其他量子比特核糾纏在一起，進(jìn)而開辟才能大量進(jìn)行魯棒和實(shí)用量子估算的公路。
而在硅材料中參雜磷原子是半導(dǎo)體行業(yè)的基本操作（用于制造n型半導(dǎo)體），所以這項(xiàng)技術(shù)能與現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)技術(shù)兼容。
最后，她們使用門集斷層掃描（GST）技術(shù)精確地描述了量子操作，得出1量子比特的平均門保真度為99.95%，2量子比特平均門保真度為99.37%，2量子比特制備/檢測(cè)保真度高達(dá)98.95%。
這三個(gè)指標(biāo)表明，硅原子核載流子正在接近容錯(cuò)量子處理器所需的性能要求。
現(xiàn)今所有精典計(jì)算機(jī)都有某種方式的偏差校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)冗余，但量子化學(xué)定理對(duì)量子計(jì)算機(jī)中的校準(zhǔn)方法構(gòu)成了嚴(yán)重限制。
論文通信作者說：
一般須要高于1%的錯(cuò)誤率，能夠應(yīng)用量子糾錯(cuò)合同。如今早已實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們可以開始設(shè)計(jì)硅量子處理器，這種處理器可以可靠地?cái)U(kuò)充和運(yùn)行，來進(jìn)行有用的估算。
團(tuán)隊(duì)合作帶來3篇論文
明天封面的3篇論文分別實(shí)現(xiàn)了以下成果：
1、澳大利亞新南威爾士學(xué)院團(tuán)隊(duì)通過離子注入硅，在電子和兩個(gè)磷原子組成的三量子比特系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了1量子比特99.95%和2量子比特99.37%的保真度。
2、荷蘭代爾夫特理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)使用硅/硅鍺合金量子點(diǎn)的電子載流子，實(shí)現(xiàn)了1量子比特99.87%和2量子比特99.65%的保真度。
3、日本RIKEN團(tuán)隊(duì)同樣在使用硅/硅鍺合金量子點(diǎn)的雙電子系統(tǒng)量子通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了1量子比特99.84%和2量子比特99.51%的保真度。
其實(shí)各團(tuán)隊(duì)分別獨(dú)立發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果量子通訊協(xié)議，并且離不開她們之間廣泛的學(xué)術(shù)交流，包括實(shí)驗(yàn)技術(shù)、材料、人員的互相流通。
△UNSW團(tuán)隊(duì)，從左至右分別為Asaad博士、教授和博士
據(jù)悉還有：
參考鏈接：
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—完—
量子位·頭條號(hào)簽約
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