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硅基容错量子计算机研究取得重要进展

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2022119日,《自然》杂志同时刊发了3篇论文,3支不同的研究团队分别实现了超过99%的硅双量子比特门保真度,在开发硅基容错量子计算机方面取得了重要突破,为大型硅基量子计算机的实用化铺平了道路。

达到99%以上的双量子比特门保真度是实现能在现实中应用的容错量子计算机的必备条件,也是硅自旋量子比特研究的一个长期主要目标。因为,长久以来,只有超导、离子阱和金刚石中的氮空位中心量子比特制造线路能实现99%以上的双量子比特门保真度,超越容错量子计算机的阈值(99%)。

澳大利亚新南威尔士大学研究人员在磷供体形成的两个核自旋之间创建了双量子比特通用量子逻辑运算,通过离子注入将其引入硅纳米器件,并使用“门集层析成像(gate set tomography,GST)”方法对量子运算的性能进行了验证,实现了高达99.95%的单量子比特门保真度和99.37%的双量子比特门保真度。此外,研究人员还证明,两个原子核和自旋电子间可通过量子纠缠形成一个三量子比特,保真度达到92.5%。

荷兰代尔夫特理工大学研究人员使用硅/硅锗合金异质结构创建了一个双量子比特系统,其中量子信息被编码在作为量子比特的电子自旋态中,最终实现99.72%的单量子比特门保真度和99.65%的双量子比特门保真度。

日本理化学研究所的研究人员使用代尔夫特理工大学研究人员生产的相同硅/硅锗合金异质结构,创建了双量子比特系统,实现了99.8%的单量子比特门保真度和99.5%的双量子比特门保真度。研究人员发现,单量子比特旋转的拉比(Rabi)频率是影响单量子和双量子比特门保真度的关键因素。他们还发现了一个拉比频率的范围,在该范围内,可以稳定达到高于99%的双量子比特门保真度。

信息来源:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04292-7

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04273-w

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04182-y

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