2019-05-14 09:49:01
量子世界第一的研究人员揭示了硅中双量子位计算的准确性

有史以来第一次,研究人员已经测量了保真度 - 即硅中两量子位逻辑运算的准确性 - 具有非常有希望的结果,可以扩展到全尺寸量子处理器。

这项研究由Andrew Dzurak教授的团队在新南威尔士大学工程学院完成,今天发表在世界着名的自然杂志上。

实验由Wister Huang进行,最后一年获得博士学位。电气工程专业的学生,以及新南威尔士大学高级研究员Henry Yang博士。

“所有量子计算都可以由一个量子比特运算和两个量子比特运算组成 - 它们是量子计算的核心构建块,”Dzurak教授说。

“一旦你有了这些,你就可以进行任何你想要的计算 - 但两种操作的准确性都需要非常高。”

2015年,Dzurak的团队率先在硅片上构建量子逻辑门,从而可以在两个量子比特信息之间进行计算,从而解决了使硅量子计算机成为现实的关键障碍。

自那时以来,世界各地的许多团体都展示了硅中的双量子比特门 - 但是直到今天这篇具有里程碑意义的论文,这种双量子比特门的真实准确性还不得而知。

准确性对量子成功至关重要

“富达是一个关键参数,它决定了量子比特技术的可行性 - 如果量子位操作接近完美,你只能利用量子计算的巨大力量,只允许微小的误差,”杨博士说。

在这项研究中,该团队实施并执行了基于Clifford的保真度基准测试 - 这种技术可以评估所有技术平台的量子比特精度 - 证明平均两个量子比特的门保真度为98%。

“通过表征和减轻主要误差源,我们实现了如此高的保真度,从而提高了门保真度,使得我们的双量子比特器件能够在我们的双量子比特器件上执行长度超过50次门控操作的随机基准测序序列,”黄先生说。 ,论文的第一作者。

量子计算机将来会有广泛的重要应用,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。

“但是对于大多数这些重要的应用,将需要数百万的量子比特,并且你将不得不纠正量子误差,即使它们很小,”Dzurak教授说。

“为了实现纠错,量子比特本身必须首先非常准确 - 因此评估它们的保真度至关重要。”

“你的量子比特越准确,你需要的就越少 - 因此,我们越早开始工程和制造,就能实现全尺寸的量子计算机。”

硅确认是要走的路

研究人员表示,该研究进一步证明,硅作为技术平台非常适合扩展到通用量子计算所需的大量量子比特。鉴于硅已经成为全球计算机行业近60年的核心,其性能已经得到很好的理解,现有的硅芯片生产设施可以很容易地适应这项技术。

“如果我们的保真度值太低,那对硅量子计算的未来意味着严重的问题。它接近99%这一事实将它放在了我们需要的范围内,并且有进一步改进的良好前景。正如我们预测的那样,结果立刻显示出硅是全尺寸量子计算的可行平台,“Dzurak教授说。

“我们认为在不久的将来我们将获得更高的保真度,开启了全尺寸,容错量子计算的道路。我们现在处于两量子位精度的边缘,这对于量子误差校正来说足够高“。

在最近发表在“自然电子学”杂志上的另一篇论文中,杨博士是其主要作者的封面,该团队也在硅量子点中创造了世界上最准确的1-qubit门的记录,具有非凡的保真度。 99.96%。

“除了硅量子比特的自然优势之外,我们能够取得如此令人印象深刻的成果的一个关键原因是因为我们在新南威尔士大学有一支出色的团队。我的学生Wister和杨博士都非常有才华。他们亲自构思了这个基准测试实验所需的复杂协议,“Dzurak教授说。

今天的自然报纸上的其他作者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,而来自日本的Kohei Itoh教授庆应义塾大学为该项目提供了富含同位素的硅片。

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

“量子计算是本世纪的太空竞赛 - 而悉尼正在引领这一指责,”霍夫曼教授说。

“这个里程碑是实现大规模量子计算机的又一步 - 它强化了硅是一种极具吸引力的方法,我们相信这将首先让新南威尔士大学成为现实。”

基于硅CMOS技术的自旋量子位 - 由Dzurak教授小组开发的特定方法 - 由于其长的相干时间和利用现有集成电路技术制造实际应用所需的大量量子位的潜力,因此对量子计算有很大的希望。

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

“我们的最新成果使我们更接近商业化这项技术 - 我的团队就是建立一个可用于实际应用的量子芯片,”Dzurak教授说。

全尺寸量子处理器将在金融,安全和医疗保健领域拥有主要应用 - 它将通过大大加速药物化合物的计算机辅助设计来帮助识别和开发新药,它可以有助于开发新的,更轻和更强的材料从消费电子产品到飞机,以及通过大型数据库更快地搜索信息。

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