單量子比特運算精度創(chuàng)新紀錄

英國牛津大學物理學家在單個量子比特的控制精度方面創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)了量子邏輯運算史上最低錯誤率：0.000015%，即每670萬次運算中僅出現(xiàn)一次錯誤。這一成果相較于十年前該團隊創(chuàng)下的紀錄，精度大幅提升，向開發(fā)出強大且實用的量子計算機邁出了重要一步。相關(guān)論文將于13日發(fā)表在《物理評論快報》上。

在量子計算機中，為完成實用計算，往往需要對多個量子比特重復執(zhí)行數(shù)百萬次運算。如果出錯率過高，最終結(jié)果將毫無意義。盡管可通過量子糾錯來彌補錯誤，但這需要大量額外的量子比特，從而增加了硬件復雜度和成本。

此次的新方法以更低的錯誤率顯著減少了對糾錯的依賴，有望降低未來量子計算機的成本和體積。為了更直觀地理解這一成果，團隊成員打了個比方：一個人一年內(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概率比這還低得多，幾乎可以忽略不計。

論文共同第一作者、牛津大學物理系研究生莫莉·史密斯表示，通過顯著降低出錯概率，他們減少了糾錯所需的基礎設施，這為未來量子計算機朝著更小、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，團隊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，該實驗在室溫且無磁屏蔽的條件下進行，從而降低了實用量子計算機的技術(shù)要求。

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