單量子比特運(yùn)算精度創(chuàng)新紀(jì)錄

英國牛津大學(xué)物理學(xué)家在單個(gè)量子比特的控制精度方面創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了量子邏輯運(yùn)算史上最低錯(cuò)誤率：0.000015%，即每670萬次運(yùn)算中僅出現(xiàn)一次錯(cuò)誤。這一成果相較于十年前該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)下的紀(jì)錄，精度大幅提升，向開發(fā)出強(qiáng)大且實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)邁出了重要一步。相關(guān)論文將于13日發(fā)表在《物理評論快報(bào)》上。

在量子計(jì)算機(jī)中，為完成實(shí)用計(jì)算，往往需要對多個(gè)量子比特重復(fù)執(zhí)行數(shù)百萬次運(yùn)算。如果出錯(cuò)率過高，最終結(jié)果將毫無意義。盡管可通過量子糾錯(cuò)來彌補(bǔ)錯(cuò)誤，但這需要大量額外的量子比特，從而增加了硬件復(fù)雜度和成本。

此次的新方法以更低的錯(cuò)誤率顯著減少了對糾錯(cuò)的依賴，有望降低未來量子計(jì)算機(jī)的成本和體積。為了更直觀地理解這一成果，團(tuán)隊(duì)成員打了個(gè)比方：一個(gè)人一年內(nèi)被閃電擊中的概率為120萬分之一，而該量子邏輯門的出錯(cuò)概率比這還低得多，幾乎可以忽略不計(jì)。

論文共同第一作者、牛津大學(xué)物理系研究生莫莉·史密斯表示，通過顯著降低出錯(cuò)概率，他們減少了糾錯(cuò)所需的基礎(chǔ)設(shè)施，這為未來量子計(jì)算機(jī)朝著更小、更快、更高效的方向發(fā)展鋪平了道路。她還表示，精確控制量子比特對于其他量子技術(shù)，如時(shí)鐘和量子傳感器，也大有幫助。

這一成果是基于被俘獲的鈣離子實(shí)現(xiàn)的。由于其穩(wěn)定性和長壽命，鈣離子是理想的量子比特載體。與傳統(tǒng)依賴激光控制的方式不同，團(tuán)隊(duì)采用微波信號來操控鈣離子的量子態(tài)。這一方法更穩(wěn)定、成本更低，更易集成到芯片中。此外，該實(shí)驗(yàn)在室溫且無磁屏蔽的條件下進(jìn)行，從而降低了實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)要求。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一成果是個(gè)重要的里程碑，但這只是更大挑戰(zhàn)的一部分。量子計(jì)算需要單量子比特門和雙量子比特門協(xié)同工作。目前，雙量子比特門的錯(cuò)誤率仍然遠(yuǎn)高于理想水平，在迄今為止的最佳演示中，錯(cuò)誤率約為兩千分之一。因此，降低雙量子比特門的錯(cuò)誤率是實(shí)現(xiàn)完全容錯(cuò)量子計(jì)算的關(guān)鍵。