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第一次揭示矽中雙量子位計算的准確性


第一次揭示矽中雙量子位計算的准確性

有史以來,研究人員第一次測量了矽材料中雙量子位邏輯運算的准確性——即保真度。結果證實矽材料很有希望應用于全尺寸量子處理器。

 

这项研究由AndrewDzurak教授领导的团队在新南威尔士大学工程学院完成,研究结果于今天发表在世界著名的《自然 》杂志上。

 

该实验由电气工程专业的学生Wister Huang进行演示,Wister Huang于最后一年获得了博士学位。参与该实验的研究人员还有新南威尔士大学高级研究员Henry Yang博士。

 

?“所有量子計算都可以由一个量子比特运算和两个量子比特运算组成 , 它们是量子計算的核心模块,”Dzurak教授表示。

 

“一旦你有了這些核心模塊,就可以執行任何你想要的計算。但這兩種操作對准確性的要求都非常高。”

 

2015年,Dzurak的团队率先在硅片上构建了量子逻辑门,使信息可以在两个量子比特之间进行计算,进一步扫除了使硅量子計算机成为现实的关键障碍。

 

自那以後,世界各地的許多團體紛紛展示了以矽材料爲基礎的的雙量子比特門,但是直到這篇具有裏程碑意義的論文發表的今天,這種雙量子比特門的准確性仍然不得而知。

 

第一次揭示矽中雙量子位計算的准確性
新南威尔士大学悉尼研究团队:Andrew Dzurak教授,Wister Huang先生,Henry Yang博士

图片来源:UNSW Sydney

 

准確性對于量子的成功至關重要

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保真度是一個關鍵參數,它決定了量子比特技術的可行性。

 

在只允许微小误差的情况下,如果量子比特的操作仍然近乎于完美,那么你就可以挖掘出量子計算的巨大潜力。”杨博士说到。

 

在这项研究中,该团队执行了基于Clifford的保真度基准测试 ,即该技术可以评估所有技术平台的量子比特精度 ,結果證明平均兩個量子比特的門保真度爲98%。

 

?“我們通過減輕主要誤差源,實現了98%如此高的保真度,從而提高了門保真度,也使得雙量子比特器件能夠執行長度超過50次門控操作的隨機基准測序序列。”該論文的第一作者黃先生表示。

 

量子計算机将会有广泛的应用,因为它能够以更快的速度执行更复杂的计算,包括解决当今计算机无法解决的问题。

 

?“但是對于大部分的重要應用,都需要數百萬的量子比特來執行計算。對數百萬的量子比特來說,即使産生的誤差很小,我們也不得不糾正。”Dzurak教授說。

 

“爲了實現量子糾錯,量子比特首先必須非常准確——因此評估它們的保真度至關重要。”

 

“因为如果你的量子計算越准确,你需要实现的量子纠错就越少 —— 因此,我们越早开始行动,就能越快的应用于全尺寸量子計算机。”

 

矽注定是量子技術的載體

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研究人员表示,该研究进一步证明了将硅芯片作为技术平台的载体,非常适合扩展到通用量子計算所需的大量量子比特中去。鉴于硅已经成为全球计算机在线看片av免费观看近60年的核心材料,其性能已经得到大家的认同,所以现有的硅芯片在线看片av免费观看设施可以很轻易地适应这项技术。

 

?“如果保真度太低,则意味着将对硅量子計算的未来产生严重的影响。其接近99%的保真度是目前我们所需要的,并且还有进一步的提升空间。正如我们预测的那样,研究证明硅是全尺寸量子計算的可行平台,“Dzurak教授说。

 

?“我们认为在不久的将来会获得更高的保真度,从而开启全尺寸、容错量子計算的道路。目前我們處于雙量子比特精度的邊緣,這對于量子誤差校正來說足夠高了。”

 

最近發表在《自然電子學》雜志上的另一篇以楊博士爲主要作者的論文中提到,该团队也在硅量子比特中创造了世界上最准确的1个量子比特门的记录,保真度高达 99.96%。

 

?“除了矽量子比特的天然優勢之外,我們之所以能夠取得如此令人驕傲的成績的一個關鍵因素是:在新南威爾士大學我們有一支出色的團隊。我的學生Wister和楊博士都非常有才華,他們構思了這個基准測試實驗所需的複雜協議。”Dzurak教授說。

 

《自然》期刊上的其他作者分别是新南威尔士大学的研究人员Tuomo Tanttu、Ross Leon、Fay Hudson、Andrea Morello和Arne Laucht,以及前Dzurak团队成员Kok Wai Chan、Bas Hensen、Michael Fogarty和Jason Hwang。来自日本庆应义塾大学的Kohei Itoh教授则为该项目提供了富含同位素的硅片。

 

第一次揭示矽中雙量子位計算的准確性

 

新南威尔士大学工程学院院长马克霍夫曼教授表示,这一突破是证明这个世界领先的团队正在将量子計算从理论范围扩展到真实范围的另一个证据。

 

?“量子計算是本世纪的太空竞赛,而悉尼是这场竞赛的领航人,”霍夫曼教授说。

 

?“这是实现大规模量子計算机的又一个里程碑,它证明了硅量子比特是一种极具潜力的方法,我们相信新南威尔士大学将首先让实现大规模量子計算机成为现实。”

 

由Dzurak教授小组开发的基于硅CMOS技术的自旋量子位——由于其具有较长的相干时间、能够利用现有集成电路技术制造实际应用所需的大量量子比特的潜力,所以很有可能将其应用于量子計算。

 

Dzurak教授还领导了一项旨在利用澳大利亚第一家量子計算公司Silicon Quantum Computing推进硅CMOS量子比特技术的项目。

 

?“我們的最新成果表明這項技術更接近商業化,而我的團隊目標就是建立一個可用于實際應用的量子芯片。”Dzurak教授說。

 

全尺寸量子處理器將主要應用在金融、安全和醫療保健領域。通過大大加速制藥工程學的計算機輔助設計來幫助識別和開發新藥,也有助于開發新的、更輕和更強的從消費電子在线看片av免费观看到飛機的材料。同時,量子處理器還有助于我們通過大型數據庫更快地搜索信息。

 

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第一次揭示矽中雙量子位計算的准確性
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Caroline ▏ 整理
量豆豆 ▏ 校对
Core ▏ 编辑

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