作者:RIKEN
信用:Pixabay/CC0公共领域
来自RIKEN和QuTech的研究人员——TU Delft和荷兰应用科学研究组织(TNO)的合作——在容错量子计算机的发展上取得了一个重要的里程碑
他们能够证明两个量子比特的门保真度为99
5%——高于被认为是构建容错计算机的阈值的99%——使用硅中的电子自旋量子位，这对于大规模量子计算机是有希望的，因为构建它们的纳米制造技术已经存在
这项研究发表在《自然》杂志上
世界目前正在竞相开发大规模量子计算机，这种计算机在某些领域可能大大超过经典计算机
然而，这些努力受到许多因素的阻碍，尤其包括退相干问题，或者量子位中产生的噪声
随着量子比特数量的增加，这个问题变得更加严重，阻碍了规模的扩大
为了实现可用于有用应用的大规模计算机，据信需要至少99%的双量子位门保真度来实现用于纠错的表面代码
这已经在某些类型的计算机中实现，使用基于超导电路、俘获离子和金刚石中氮空位中心的量子比特，但是这些很难扩展到实现带有误差校正的实际量子计算所需的数百万个量子比特
为了解决这些问题，该小组决定用一种量子点结构进行实验，这种量子点结构是在应变硅/硅锗量子阱衬底上纳米制造的，使用的是受控非(CNOT)门
在以前的实验中，由于门速度较慢，门保真度受到限制
为了提高栅极速度，他们精心设计了该器件，并通过向栅电极施加不同的电压来调整它
这结合了一种已建立的快速单自旋旋转技术，该技术使用具有大双量子位耦合的微磁体
结果是门的速度比以前的尝试提高了10倍
有趣的是，尽管人们一直认为提高门的速度总是会带来更好的保真度，但他们发现有一个极限，超过这个极限，提高速度实际上会使保真度变差
在实验过程中，他们发现了一种称为拉比频率的特性——量子比特如何响应振荡场改变状态的标志——是系统性能的关键，他们发现了单量子比特门保真度为99的频率范围
8%，两个量子比特的门保真度为99
5 %,清除所需的阈值
通过这一点，他们证明了他们可以实现通用操作，这意味着构成量子操作的所有基本操作，包括单个量子比特操作和两个量子比特操作，都可以在高于纠错阈值的门保真度下执行
为了测试新系统的能力，研究人员实现了一个两个量子比特的多伊奇-约萨算法和格罗弗搜索算法
两种算法都输出了正确的结果，保真度高达96%-97%，证明了硅量子计算机可以高精度地进行量子计算
这项研究的第一作者亚纪人·诺伊里说:“我们很高兴实现了高保真度的通用量子门装置，这是硅量子计算机面临的关键挑战之一
" 研究小组负责人Seigo Tarucha说，“提出的结果使自旋量子比特在通用量子控制性能方面首次与超导电路和离子阱竞争
这项研究表明，硅量子计算机与超导性和离子阱一样，是实现大规模量子计算机的研究和开发的有前途的候选对象
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
