量子计算达重要里程碑:准确率超过99%

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【大纪元2022年01月25日讯】(大纪元记者高文森编译报导)1月19日发表在《自然》(Nature)上的三份研究都展示了量子计算机的运算准确率超过了99%,是量子计算研究机领域一个重要的里程碑。

数位,也叫比特,是计算机的基本信息单位。现在计算机的数位只有0和1两种状态;而量子计算机的量子数位除了0和1之外,还有第三种既是0又是1的状态,就是所谓的量子叠加态。这使得量子计算机拥有比现在计算机强大很多的计算能力。但是,因为量子叠加态很容易受到外在因素的干扰,所以量子数位的出错率很高。这是量子计算机研发道路上的一个主要障碍。

这三份研究在这方面实现了突破。而且,三份研究的设计都是使用硅材料,这意味着这些设备与现在主流的半导体制造技术更兼容。

第一份研究由澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)物理学家安德里亚·莫雷洛(Andrea Morello)负责,使用磷原子核的自旋特性编码量子信息。

另外两份研究分别由荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)和日本理化学研究所(RIKEN)完成,采用的是不一样的技术——使用困在硅和硅锗合金制成的量子点内的自旋电子作为量子数位。这两个研究组设计的单数位和双数位系统的准确率也都超过了99%,详见下表。

澳大利亚新南威尔士大学 荷兰代尔夫特理工大学 日本理化学研究所
单数位系统

99.95%

99.87% 99.84%
双数位系统 99.37% 99.65%

99.51%

莫雷洛说,他们研发的硅基量子数位能够保持信息的时间长度,在2014年已经达到35秒,而当时其它技术能够保持信息的时间长度只有百微秒。但是为了实现这项优势,他们的量子数位需要和周围的环境隔开,导致数位之间沟通不利。而要实现大规模的运算,量子数位之间必须能顺利沟通。

现在他们解决了这个问题。他们利用了一个电子和两个磷原子核组成的三量子数位系统。两个磷原子核通过这个电子进行沟通,研究人员只操控两个磷原子核,所以这个系统只有两个量子数位参与运算,但算是三个量子数位的系统。

荷兰研究组负责人西格·塔鲁查(Seigo Tarucha)说:“这是第一次自旋量子数位技术与超导电路和离子阱技术相比,在全局量子控制性能方面有了竞争力。”

莫雷洛说:“错误率只有在低于1%的情形下,才有可能使用纠错协议。现在终于达到了这个标准,下一步我们可以开始设计硅基量子处理器,并扩大规模,进行有实际意义的、可靠的运算。”◇#

责任编辑:叶紫微

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