日本研究人員在硅基量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域取得突破

8月29日消息（南山）據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，來自日本理化學(xué)研究所的研究人員通過在一個(gè)三量子比特的硅基量子計(jì)算系統(tǒng)中演示糾錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)了向大規(guī)模量子計(jì)算邁出的重要一步。這項(xiàng)工作發(fā)表在《自然》雜志上，可能為實(shí)現(xiàn)一種實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)鋪平道路。

量子計(jì)算機(jī)是當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，有望使解決某些傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決的重要問題成為可能。它們使用完全不同的架構(gòu)，使用量子物理學(xué)中發(fā)現(xiàn)的疊加狀態(tài)，而不是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中使用的簡(jiǎn)單的1或0二進(jìn)制位。然而，由于它們是以完全不同的方式設(shè)計(jì)的，對(duì)環(huán)境噪聲和其他問題非常敏感，如退相干，并且需要糾錯(cuò)以使它們能夠進(jìn)行精確計(jì)算。

一個(gè)重要挑戰(zhàn)是選擇什么系統(tǒng)能夠最好地充當(dāng) "量子比特"，這是用于進(jìn)行量子計(jì)算的基本單位。不同的候選系統(tǒng)有其自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。今天一些流行的系統(tǒng)包括超導(dǎo)電路和離子，它們的優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)證明了某種形式的糾錯(cuò)，允許它們投入實(shí)際使用，盡管規(guī)模很小。硅基量子技術(shù)在過去十年才開始發(fā)展，它的優(yōu)勢(shì)在于利用了類似于通常用于將數(shù)十億晶體管集成在一個(gè)小芯片中的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，因此可以利用當(dāng)前的生產(chǎn)技術(shù)。

然而，硅基技術(shù)的一個(gè)主要問題是缺乏錯(cuò)誤連接的技術(shù)。研究人員之前已經(jīng)證明了對(duì)兩個(gè)量子比特的控制，但這對(duì)于糾錯(cuò)來說是不夠的，這需要一個(gè)三量子比特系統(tǒng)。

在目前由理化所新興物質(zhì)科學(xué)中心和理化所量子計(jì)算中心的研究人員進(jìn)行的研究中，該小組實(shí)現(xiàn)了這一壯舉，展示了對(duì)一個(gè)三量子比特系統(tǒng)的完全控制，從而首次提供了硅中量子糾錯(cuò)的原型。他們通過實(shí)現(xiàn)一個(gè)三量子比特的Toffoli-type量子門來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

據(jù)論文的第一作者武田健太說："在量子點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)碼的想法，大約在十年前就提出來了，所以這并不是一個(gè)全新的概念，但材料、器件制造和測(cè)量技術(shù)方面的一系列改進(jìn)，使我們能夠成功地完成這項(xiàng)工作。我們非常高興能取得這一成果"。

該研究小組的負(fù)責(zé)人稱，他們下一步將是擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模。為此，最好能與有能力大規(guī)模制造硅基量子器件的半導(dǎo)體工業(yè)集團(tuán)合作。

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