科学探索|90后山东小伙一作登Nature封面硅量子比特里程碑保真度超99% 90后山东小伙一作登Nature封面

最新一期的Nature封面又出炉了！和以往不太一样，这次是论文‘三连发’ 。而作者们提出的方法都让硅量子计算的保真度达到99%以上，超过了容错阈值。或许，基于硅的量子计算机也即将成为可能。

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在此之前，众多的量子比特平台中，只有超导电路、离子陷阱和钻石中的氮-空位中心能够让保真度超过99%的纠错阈值。
而硅中的电子自旋量子比特由于操作缓慢，双量子比特门的保真度一直被限制在98%以内。
‘Quantum logic with spin qubits crossing the Surface code threshold’的一作是Xiao Xue，来自代尔夫特理工大学。

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论文链接：https：//www.nature.com/articles/s41586-021-04273-w
作者使用由硅和硅锗合金堆栈形成的材料创造了一个双量子比特系统，其中量子信息被编码在限制于量子点的电子自旋中。
结果显示，单量子比特保真度为99.87%，双量子比特的保真度为99.65%，均在99.5%以上。加入相邻量子比特的串扰和空转误差后，平均单量子比特门的保真度仍然高于99% 。

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‘Fast universal quantum gate above the fault-tolerance threshold in silicon’一作Akito Noiri，来自日本理化学研究所新兴物质科学中心。

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论文链接：https：//www.nature.com/articles/s41586-021-04182-y
作者通过使用微磁体诱导的梯度场和可调整的双量子比特耦合的快速电控制，证明了硅自旋量子比特的双量子比特门的保真度可以达到99.5%，而单量子比特的保真度更是高达99.8% 。
研究结果首次使自旋量子比特在通用量子控制性能方面与超导电路和离子陷阱相抗衡。

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‘Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon’，一作Mateusz T 。M?dzik，同样来自代尔夫特理工大学。共同一作Serwan Asaad，来自哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所。

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　论文链接：https：//www.nature.com/articles/s41586-021-04292-7
作者提出了在硅纳米电子器件中使用一对离子注入的磷供体核执行通用量子逻辑运算。
利用量子门集层析成像（GST）对量子操作进行验证后发现，单量子比特的保真度高达99.95%，双量子比特的保真度为99.37%，双量子比特准备/测量保真度为98.95% 。
此外，通过产生一个保真度为92.5%的Greenberger-Horne-Zeilinger三量子比特状态，还可证明两个核和共享电子之间的纠缠。

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量子纠错
量子计算系统的基本思想是，量子比特能够处于一种不仅仅是‘1’或‘0’的状态，而是某种称为‘叠加态’的组合。这意味着两个量子比特可以处于‘01’、‘10’、‘11’和‘00’的叠加状态，从而可以表示更多的状态和数据。
这种特征可用于某些超复杂计算的加速，经典计算机无法在可接受的时间内完成这类计算。比如用于超大数的质因数分解的Shor算法，以及用于材料科学和药物设计的其他算法。

科学探索|90后山东小伙一作登Nature封面 硅量子比特里程碑保真度超99%

科学探索|90后山东小伙一作登Nature封面硅量子比特里程碑保真度超99%