用于量子比特測試的離子阱芯片。圖片來源:《新科學家》周刊網(wǎng)站

英國牛津大學研究團隊利用微波技術(shù),將量子比特操控的錯誤率降至千萬分之一,達到前所未有的水平。這項發(fā)表于最新一期《物理評論快報》雜志的研究成果,為開發(fā)量子晶體管類設(shè)備鋪平了道路,或?qū)⑼苿恿孔佑嬎銠C向精準化、實用化邁進。

量子比特是量子計算的基本單位。與傳統(tǒng)計算機的二進制比特只能為0或1不同,量子比特能夠同時處于0和1的疊加態(tài)。這種特性使量子計算機在解決復雜問題時具備指數(shù)級計算優(yōu)勢,有望在藥物分子模擬、密碼破解等領(lǐng)域大放異彩。

單量子比特門是量子計算中的基本操作單元,用于對單個量子比特的狀態(tài)進行操控。在現(xiàn)有技術(shù)中,單量子比特門每執(zhí)行1000次操作就可能出現(xiàn)至少一次錯誤。由于量子計算通常需要進行數(shù)百萬次操作以及數(shù)百個量子比特門,誤差會快速累積,導致計算結(jié)果不可靠。因此,提升操控精度成為量子計算機規(guī)模化的關(guān)鍵。

在最新研究中,科學家采用離子阱量子比特方案取得重大突破。他們選用帶正電的鈣離子作為量子比特載體,通過電磁場將其懸浮在特制芯片上方,并利用芯片集成的微波發(fā)射組件精準調(diào)控量子態(tài)。

這項技術(shù)的核心突破在于:通過微波構(gòu)建的量子比特門,錯誤率僅為一千萬分之一。研究團隊對這一概率形象地比喻道,一個人全年遭遇雷擊的概率,是這個量子比特出錯率的3倍多。

研究團隊表示,微波校準技術(shù)的突破是成功的關(guān)鍵,但這項技術(shù)同樣受益于傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的積累。

美國國家標準與技術(shù)研究院專家丹尼爾·斯利克特稱此為“量子比特操控精度的新世界紀錄”。量子計算公司Quantinuum表示,離子阱量子比特因其長相干時間和強互聯(lián)性,已成為主流技術(shù)路線之一。本次成果再次證明,基于離子阱的技術(shù)平臺將繼續(xù)引領(lǐng)量子計算發(fā)展。