北京
中國研究人員成功展示了一款能夠執行全套錯誤檢測邏輯運算的硅基量子處理器，標志著向實用化量子計算邁出關鍵一步。來自深圳國際量子研究院的團隊構建的器件可在處理量子信息的同時進行錯誤檢測，此類功能此前已在超導電路等平臺實現，但在硅基領域尚屬首次。
量子系統對噪聲極為敏感，噪聲會引發擾亂計算過程的錯誤。解決方案之一是將信息編碼為可檢測并處理此類錯誤的邏輯量子比特。研究人員表示，其研究表明容錯量子計算的關鍵構建模塊現已可在硅材料中實現——這種材料在當代電子工業中應用廣泛。
從量子比特到邏輯運算
該處理器通過將磷原子以原子級精度嵌入硅材料中制成，實現了對量子比特的單獨操控。團隊還開發出減少信號干擾的方法，信號干擾正是量子系統的主要錯誤來源。
研究人員利用四個量子比特編碼出兩個可在計算過程中檢測錯誤的邏輯量子比特。該方案使系統能夠標記出可能影響計算結果的非必要噪聲。
研究展示了完整的操作鏈條，包括制備錯誤校驗態、執行邏輯運算，并將其應用于算法之中。
為測試系統，團隊運行了量子算法來計算水分子的最低能量狀態。計算結果與理論值高度吻合，證明該系統能處理實際任務。
運行真實算法
研究人員采用變分量子特征值求解器對水分子進行模擬，所得結果與預期值的偏差微小。這表明該方案未來有望支撐現實世界的量子應用。
該研究還表明，硅基系統可突破僅控制少量量子比特的局限，實現內置錯誤檢測的協同操作。
硅材料因在半導體制造領域的廣泛應用，始終是擴展量子計算機規模的有力候選者，這有助于未來更高效地生產量子系統。
團隊表示，下一步工作包括提升原子定位精度、進一步降低信號干擾，以及增加單芯片上的量子比特數量。
長期目標則是構建能在保持錯誤控制的同時執行更復雜計算的大型系統。
該研究成果發表于《自然·納米技術》。
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