硅基三量子位系统内纠错首次演示为实现实用型量子计算机奠定基础

日本理化学研究所科学家在最新一期《自然》杂志撰文指出，他们首次在基于硅的三量子位量子计算系统内演示了纠错，朝着大规模量子计算迈出了重要一步，也为实现实用型量子计算机奠定了基础。

量子计算机在原理上拥有超快的并行计算能力，有望在密码破译、材料设计、药物分析等领域，提供比传统计算机更强的算力支持。传统计算机与量子计算机的工作方式不同，传统计算机的基本数据单位为0或1，而量子计算机以量子位（0、1或这两者的叠加态）为计算基本单位。尽管量子计算机潜力很大，但其对环境噪声以及去相干等非常敏感，需要校正误差以允许它们执行精确计算。

鉴于此，科学家们面临的重要挑战之一是选择哪种系统充当“量子位”，不同候选系统优缺点不同。目前比较流行的系统包括超导和离子。科学家已经证明，这些系统可进行某种形式的误差校正，这使其能投入实际使用。

硅基量子技术的优势在于其可与目前的半导体技术兼容，但其缺乏纠错能力。研究人员此前已证明，他们能完全控制两个量子位，但这还不足以进行纠错，因为纠错需要由三个及以上量子位组成的量子系统。

最新研究中，研究人员通过执行一个三量子位Toffoli型量子门，展示了对三个量子位系统（目前最大的硅量子位系统之一）的完全控制，从而首次实现了对硅基量子系统纠错。

研究人员表示，在硅量子点内执行量子纠错的想法约十年前提出，因此并非全新概念，材料、器件制造和测量技术领域的一系列进展使我们取得了成功。我们计划进一步扩大硅基量子计算系统的规模，以开展更深入研究。（刘霞）