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硅自旋量子比特在同时运行三个时保持99.99%保真度

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硅基保真度里程碑

由理化学研究所研究人员领导的团队在硅自旋量子比特阵列中展示了全部五个量子比特的单量子比特门保真度超过99.99%,部分测量接近99.999%。研究结果发表在《自然·物理》上。

保真度衡量的是量子操作产生预期结果的频率。低于万分之一的错误率使硅器件进入纠错方案可以开始工作的范围,这是迄今为止硅自旋量子比特报告的最高单量子比特性能。

硅自旋量子比特将信息存储在单个电子的自旋中。它们比当今大多数量子计算机使用的超导transmon小约一千倍,并且可以用生产普通计算机芯片的相同CMOS制造工具来制造,这就是代工厂密切关注它们的原因。

并排运行量子比特

更难的问题是并行控制。当多个量子比特共享一条微波控制线时,信号会相互串扰,保真度下降。该团队追踪了五量子比特硅阵列中这种退化的主要来源,并设计了一种仅基于成对相位校准的缓解方案。

通过在共享线上使用定制的Kaiser窗控制脉冲,研究人员使每个量子比特单独保持99.99%以上的保真度,并在同时运行最多三个量子比特时维持了这一水平。当全部五个并行运行时,保真度保持在99.9%以上,即实际的容错阈值。

为何对扩展至关重要

量子计算机需要数千个量子比特来解决有用的问题,而每个量子比特都需要控制电子设备。如果每个量子比特都需要自己的专用线路,仅布线就会变得无法管理。共享控制线是绕过这一瓶颈的一条途径。

在日本“登月”计划下管理硅量子计算项目的樽茶清悟表示,可靠的并行控制是朝着基于硅自旋量子比特构建容错机器迈出的关键一步。该论文表明,基于团队观察到的功率缩放规律,这种控制方法应能扩展到更大的阵列。独立实验室现在将尝试复现这些数字,这是对如此精确声明的通常检验。



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来源: Nature Physics