量子逻辑运算实现了0.00015%的最低错误率

英国牛津大学物理学家创造了一个全球新的基准来控制单个量子比特的精度，实现了迄今为止量子逻辑运算的最低错误率——只有0.000015%，即每670万次运算中只有一次错误。与10年前团队设定的基准相比，这个破纪录的结果增加了近一个数量级。

为了更直观地理解这个结果，可以说在给定的一年里，一个人被闪电击中的概率是120万分之一，高于牛津大学团队量子逻辑门出错的概率。

最近在《物理评论快报》上发表了相关研究成果，这是实用性、鲁棒性量子计算机的重大进展。

“据我们所知，这是世界上最准确的量子比特计算记录。”其中一位论文作者，牛津大学物理系教授David Lucas表示，“这是实用量子计算机的重要一步，可以解决实际问题。”

为了在量子计算机上进行有用的计算，需要在多个量子比特上进行数百万次的计算。这意味着如果错误率太高，最终的计算结果将毫无意义。虽然错误可以通过纠错来纠正，但是需要消耗更多的量子比特。通过降低错误率，这种新方法降低了所需的量子比特数量，从而降低了量子计算机的成本和体积。

论文作者之一，牛津大学物理系Molly Smith指出:“通过大幅度降低错误率，这项工作显著减少了纠错所需的基础设施，为未来更小、更快、更高效的量子计算机发展铺平了道路。量子比特的精确控制也将在时钟、量子传感器等其他量子技术中发挥作用。”

这种前所未有的精度水平是通过使用捕获的钙离子作为量子比特来实现的。钙离子是储存量子信息的理想选择，因为它的寿命和鲁棒性很长。与激光的传统使用方法不同，研究团队利用电子(微波)信号控制钙离子的量子状态。

与激光控制相比，新方法具有更高的稳定性，同时给实用量子计算机的建设带来了其他优势。比如电子控制比激光便宜可靠，更容易集成到离子陷阱芯片中。此外，实验是在室温下进行的，不需要磁屏蔽，简化了实用量子计算机的技术要求。

此前，由研究团队于2014年创建的单个量子比特的最佳错误率记录为百万分之一。它们属于英国量子计算和模拟中心，是英国国家量子技术计划的一部分。

研究小组的专业技术还推动了2019年成立的衍生公司牛津离子公司，后者已经成为高性能离子量子比特平台的领先企业。

虽然这个破纪录的结果标志着一个重要的里程碑，但研究团队提醒我们，这是一个更大的挑战。量子计算需要单量子比特和双量子比特的协同工作。目前双量子比特的错误率还是高很多的——在目前最好的演示中，2000次左右的计算出现了一个错误。因此，降低双量子比特的错误率对于构建完全容错的量子机来说非常重要。