超越容错阈值 硅量子计算机保真度获重大突破

展全思梦 2025-10-31 20:29:05

超越容错阈值 硅量子计算机保真度获重大突破

超越容错阈值 硅量子计算机保真度获重大突破 字体： 小 中 大 分享到： 超越容错阈值 硅量子计算机保真度获重大突破 2022-01-20 09:19:39 来源：科技日报

英国《自然》杂志19日连续发表三篇论文，三个团队的科学家在研制容错量子计算机方面取得重要突破。他们验证了硅双量子比特门的保真度，超过了容错计算机的阈值(99%)。结果表明，硅材料中强大而可靠的量子计算正在成为现实。研究还表明，与超导和离子阱一样，硅量子计算机是大规模研究和开发量子计算机的一个有前途的候选对象。

澳大利亚新南威尔士大学的研究团队创造了磷施主形成的两个核自旋之间的双量子位的普适量子逻辑运算，通过行业标准的离子注入方法引入硅中。他们使用一种叫做“量子门集层析术(GST)”的方法来验证其量子处理器的性能，并实现了单量子位保真度99.95%，双量子位保真度99.37%。另外，根据研究结果，电子自旋本身就是一个量子比特，可以与两个原子核纠缠形成三个量子比特的量子纠缠态，保真度为92.5%。这为现实世界中大规模硅基量子处理器的制造和应用铺平了道路。

荷兰代尔夫特理工大学的研究团队利用硅和硅锗合金堆叠形成的材料创建了一个双量子位系统，其中量子信息被编码在局限于量子点的电子自旋中，最终实现了99.87%的单量子位保真度和99.65%的双量子位保真度。

日本理化学研究所的研究团队走了类似的路线，使用与代尔夫特团队生产的相同的材料叠层来制造双电子量子比特，实现了99.8%的单量子比特保真度和99.5%的双量子比特保真度。结果自旋量子比特首次在一般量子控制性能上与超导电路和离子阱竞争。

在合作实验中，来自荷兰和日本的研究团队发现，一种叫做拉比频率的属性是量子计算机系统性能的关键。他们还发现了一个频率范围，其中单量子位门的保真度为99.8%，双量子位门的保真度为99.5%，达到了要求的阈值。

研究人员已经证明，他们可以实现普适运算，这意味着所有构成量子运算的基本运算，包括单量子位运算和双量子位运算，都可以在高于纠错阈值的门保真度下进行。

为了测试新系统的性能，研究人员还采用了双量子位Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法。两种算法都能输出96%-97%高保真度的正确结果，表明硅量子计算机可以进行高精度的量子计算。(实习记者张家欣)

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