超越谷歌，半导体双量子比特保真度达99.99%
最新报道 ， 澳大利亚初创公司硅量子计算（SQC）实现了硅原子双量子比特99.99％的超高保真度 ， 打破了当前公布的谷歌Sycamore 最大99.64%双量子比特保真度的最高记录。 这一突破将使量子比特编码信息的准确性大大提高 ， 使得距离大规模纠错硅量子计算机的实现又迈出重大的一步 。
一周前 ， 曾帮助科技巨头谷歌取得量子霸权优势的谷歌前首席量子科学家John Martinis ， 宣布加入SQC 。 并表示 ， 之所以选择加入SQC ， 是因为他们在硅量子计算领域有独门绝技 ， 世上没有其他人能做到这些'家伙'所能做到的 。 而John Martinis的加入正验证了其能力的卓越之处 。
近日 ， 由Michelle Simmons 教授领导的新南威尔士大学量子计算和通信技术中心(CQC2T) 的研究人员 ， 刷新了有史以来的半导体量子比特的最低噪声水平 。 该项研究成果当前已发表于《Advanced Materials》 。 SQC通过将该研究成果与在1微秒内读出量子比特信息的能力相结合 ， 实现了硅原子双量子比特99.99% 的保真度 。
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图1｜单晶二量子比特器件（来源：Advanced Materials）
当前纠错量子计算机面临的挑战众所周知 ， 为了使量子计算机执行有用的计算 ， 量子信息必须接近100％的准确度 。
但是 ， 托管量子比特的不确定物理环境的电荷噪声会干扰编码量子信息的量子比特 ， 从而影响信息的准确性 。 因此 ， 半导体量子比特中的电荷噪声水平一直是实现大规模纠错量子计算机所需精度的关键障碍 。
CQC2T的Ludwik Kranz对外表示：“我们的研究表明 ， 我们可以将电荷噪声降低到一个显著低的水平 ， 最小化它对量子比特的影响 ， 通过优化硅芯片的制作方法 ， 我们实现了比以前记录低10倍的噪声水平 。 这是所有半导体量子比特中记录的最低的电荷噪声 。 ”
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图 2｜Ludwik Kranz 用扫描隧道显微镜精确定位和封装硅中的磷原子（来源: CQC2T）
实现低噪声的原理研究小组的研究表明 ， 无论是硅芯片内部还是表面接口处的缺陷都是电荷噪声的重要来源 。 研究人员通过减少硅芯片中的杂质 ， 并使原子远离大部分噪声产生的表面和界面 ， 可以实现低噪声水平 。
实现高保真度的方式众所周知 ， 为了执行大规模量子计算所需的无差错计算 ， 两量子比特门（任何量子计算机的核心组成部分）都需要超过99％的保真度 。
研究小组发现 ， 除了降低噪声水平外 ， 读取量子信息的时间长短也是影响保真度的一个关键因素 。
他们通过一系列实验来表征电荷噪声时发现 ， 当计算时间越长 ， 噪声对系统的影响就越大 。 这意味着量子运算需要在极短的时间内完成 ， 以使电荷噪声不会随着时间的推移而给计算带来误差 。
Simmons 教授小组近期的研究解决了上述问题 ， 他们利用其原子精度能力 ， 展示了在1微秒内读出量子比特的能力 。
Simmons 教授表示: 通过结合在1微秒内读出量子比特以及最低的电荷噪声研究 ， 可实现硅原子双量子比特99.99% 的保真度 。 这打破了当前公布的双量子比特保真度谷歌 Sycamore 99.64%的最高记录 。
这一突破将使量子比特编码信息的准确性大大提高 ， 使得距离大规模纠错硅量子计算机的实现又迈出了重大的一步 。
而SQC通过其拥有的独特技术 ， 加之Martinis教授的加入 ， 商用硅量子计算机是否会提前登场？
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