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單量子比特運算精度創新紀錄

發布時間:2025-06-13 08:36:42,閱讀次數:161 更多
  科技日報北京6月11日電 (記者張佳欣)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下新紀錄,實現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一次錯誤。這一成果相較于十年前該團隊創下的紀錄,精度大幅提升,向開發出強大且實用的量子計算機邁出了重要一步。相關論文將于13日發表在《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行數百萬次運算。如果出錯率過高,最終結果將毫無意義。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,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的。由于其穩定性和長壽命,鈣離子是理想的量子比特載體。與傳統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。這一方法更穩定、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,但這只是更大挑戰的一部分。量子計算需要單量子比特門和雙量子比特門協同工作。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完全容錯量子計算的關鍵。


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