由桑迪亚国家实验室制作
桑迪亚国家实验室的研究人员安德鲁·巴克泽斯基(左)和埃里克·尼尔森使用门集断层扫描来分析量子处理器中的问题
信用:丽贝卡·古斯塔夫，桑迪亚国家实验室 能源部桑迪亚国家实验室开发的一种精确诊断正在成为检测和描述量子计算硬件内部问题的黄金标准
今天发表在科学杂志《自然》上的两篇论文描述了独立的研究团队——其中一个包括桑迪亚研究人员——如何使用一种叫做门集断层扫描的桑迪亚技术来开发和验证高度可靠的量子处理器
自2012年以来，Sandia一直在开发门集断层成像技术，由美国能源部科学办公室通过高级科学计算研究项目提供资金
Sandia的科学家与澳大利亚悉尼新南威尔士大学的研究人员合作，由Andrea Morello教授领导，发表了今天的一篇论文
他们一起用商品及服务税证明了一个复杂的三量子位系统可以以99%以上的精度可靠地操作，该系统包括硅芯片中的两个原子核和一个电子
在今天发表的另一篇《自然》杂志的文章中，荷兰代尔夫特理工大学的列文·范德斯本教授领导的一个小组使用了门集断层成像技术，该技术使用Sandia软件实现，证明了99%以上精度的重要里程碑，但采用了不同的方法，控制量子点内捕获的电子，而不是孤立的原子核
桑迪亚科学家罗宾·布鲁姆-科霍特说:“我们希望世界各地的研究人员都知道，他们可以获得一种强大的尖端工具，这将有助于他们取得突破。”
未来拥有更多量子比特或量子比特的量子处理器，可以让在国家安全、科学和工业领域工作的用户以比传统计算机更快的速度完成一些任务
但是当前系统控制的缺陷会导致计算错误
量子计算机可以纠正一些错误，但是它必须纠正的错误越多，计算机就变得越大，制造成本也就越高
因此，科学家们需要诊断工具来计算他们可以多精确地控制存储量子位的单个原子和电子，并学习如何防止错误而不是纠正错误
这提高了系统的可靠性，同时降低了成本
门集层析是Sandia测量量子比特和量子逻辑运算性能的旗舰技术，也被称为“门”
“它结合了多种测量结果，生成了一份详细的报告，描述了量子位中出现的每一个错误
像莫雷罗这样的实验科学家可以利用诊断结果来推断他们需要修复什么
Morello说:“由Robin Blume-Kohout领导的桑迪亚国家实验室的量子性能实验室已经开发出了最准确的方法来识别量子计算机中出现的错误的性质。”
门控断层扫描甚至可以检测到意外错误 Sandia团队维护了一个免费的开源GST软件，名为pyGSTi(发音为“猪圈”，代表Python Gate Set Tomography实现)
公众可在http://www
pygsti
信息，它被今天发表在《自然》杂志上的两个研究小组使用
虽然代尔夫特团队在没有桑迪亚团队帮助的情况下使用了pyGSTi软件，但UNSW-桑迪亚合作使用了桑迪亚研究人员开发的一种新的定制形式的门集断层扫描
新技术使团队能够排除更多潜在的错误模式，并专注于一些主要的错误机制
但是当桑迪亚团队研究UNSW实验数据的商品及服务税分析时，他们发现了一种莫瑞洛团队没有预料到的惊人错误
核自旋量子比特在应该被隔离的时候相互作用
由于担心这一错误可能表明量子位存在缺陷，研究小组求助于桑迪亚的安德鲁·巴克泽夫斯基，他是硅量子位物理学专家，也是国家量子信息科学研究中心量子系统加速器的研究员，以帮助寻找其来源
巴克泽夫斯基说:“它占据了我大量的空闲时间。”
“我会在周六早上出去散步，突然，我会想到一些事情，我会跑回家做一个小时的数学
" 最终，Baczewski和团队的其他成员追踪到了一个信号发生器，该信号发生器将微波泄漏到系统中
这可以很容易地在未来的实验中修复，因为原因已经知道了
布鲁姆-科胡特说，“看到商品及服务税甚至发现了没人预料到的错误，这真的很令人满意
" 莫雷罗说:“与桑迪亚国家实验室的合作对于实现硅高保真量子操作的里程碑至关重要。”
“在桑迪亚开发的理论和计算方法已经能够以超过99%的精确度对量子计算进行严格的演示，并为残余误差的微观原因提供了宝贵的见解
我们计划在未来几年扩大这一战略合作
"
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