來自芬蘭IQM量子計算機公司、阿爾托大學(xué)和芬蘭VTT技術(shù)研究中心的一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的超導(dǎo)量子比特——unimon，可提高量子計算的準(zhǔn)確性。該團隊已經(jīng)實現(xiàn)了第一個具有99.9%保真度的unimon量子邏輯門，這是構(gòu)建商用量子計算機的道路上的一個重要里程碑。這項關(guān)鍵研究剛剛發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

在構(gòu)建實用量子計算機的所有不同方法中，超導(dǎo)量子比特暫時處于領(lǐng)先地位。然而，目前的量子比特設(shè)計和工程技術(shù)還沒有為實際應(yīng)用提供足夠高的性能。在這個含噪聲的中等規(guī)模量子（NISQ）時代，可實用的量子計算的復(fù)雜性主要受到單量子比特和雙量子比特量子門中錯誤率的限制。目前的量子計算需要變得更加準(zhǔn)確才能發(fā)揮作用。

“我們的目標(biāo)是構(gòu)建在解決現(xiàn)實世界問題方面具有優(yōu)勢的量子計算機。今天，我們宣布了IQM的一個重要里程碑，也是構(gòu)建超導(dǎo)量子計算機路上的重大成就，”阿爾托大學(xué)和VTT量子技術(shù)聯(lián)合教授、IQM量子計算機聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家Mikko M?tt?nen說。他領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

IQM推出這種新的超導(dǎo)量子比特類型叫“unimon”，它在單個電路中結(jié)合了多種所需的特性，包括增加的非諧性、對直流電荷噪聲完全不敏感、對磁噪聲的敏感性降低以及僅由單個電路組成的簡單結(jié)構(gòu)諧振器中的約瑟夫森結(jié)。該團隊在三個不同的unimon量子比特上實現(xiàn)了99.8%到99.9%的13ns長的單量子比特門的保真度。

在IQM攻讀博士學(xué)位的Eric Hyypp?說：“由于unimon有著比transmon更高的非諧性或非線性，因此我們可以更快地操作unimon，從而減少每次操作的錯誤?！?/p>

為了通過實驗證明unimon的優(yōu)勢，科學(xué)家們設(shè)計并制造了芯片，每個芯片都由三個unimon型量子比特組成。除了約瑟夫森結(jié)之外，他們還使用鈮作為超導(dǎo)材料，而超導(dǎo)引線是用鋁制造的。

“我要感謝并祝賀Eric和其他團隊成員為取得這一重大成就而不懈努力，”M?tt?nen教授說。

該團隊測得unimon型量子比特具有相對較高的非諧性，同時它只使用了一個沒有任何超電感的約瑟夫森結(jié)，并具有抗噪聲保護功能。unimon的幾何電感具有比傳統(tǒng)fluxonium或四量子比特中基于結(jié)陣列的超電感更高的可預(yù)測性，以及提高產(chǎn)量的潛力。

“Unimon型量子比特非常簡單，但與transmon型量子比特相比有很多優(yōu)勢。事實上，我們的首個unimon工作得很好，這為以后的優(yōu)化和重大突破提供了充足的空間。下一步我們將優(yōu)化設(shè)計，以獲得更高的噪聲保護并展示雙量子比特門?！盡?tt?nen教授補充道。

IQM的商業(yè)量子計算機目前仍然使用transmon型量子比特。借助這些transmon，IQM已經(jīng)交付部署了量子計算機，例如芬蘭的第一臺54量子比特量子計算機，作為與芬蘭VTT技術(shù)研究中心的聯(lián)合創(chuàng)新項目的一部分。而IQM領(lǐng)導(dǎo)的投資財團Q-Exa正在還在德國建造一臺20量子比特的量子計算機，并希望集成到超級計算機中。現(xiàn)在發(fā)明的unimon是一種升級替代型的量子比特，可能會在未來提供更高的量子計算精度。

“我們將進一步改進unimon的設(shè)計、材料和工作時間，以突破99.99%的保真度這一目標(biāo)，從而在含噪聲的系統(tǒng)和有效的量子糾錯方面獲得實用的量子優(yōu)越性算力。對于量子計算來說，這是非常激動人心的一天！” M?tt?nen教授總結(jié)道。

關(guān)于IQM公司

IQM是歐洲地區(qū)構(gòu)建量子計算機的領(lǐng)導(dǎo)者。IQM為超級計算數(shù)據(jù)中心和研究實驗室提供本地量子計算機，并提供對其硬件的完全訪問權(quán)限。對于工業(yè)客戶，IQM通過獨特的特定于應(yīng)用程序的協(xié)同設(shè)計方法爭取量子優(yōu)勢。IQM正在建造芬蘭第一臺54量子比特量子計算機，IQM領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)盟（Q-Exa）也在德國建造一臺量子計算機。這臺計算機將集成到超級計算機中，為未來的科學(xué)研究提供量子加速。IQM在巴黎、馬德里、慕尼黑和埃斯波設(shè)有辦事處，擁有200多名員工。

編譯：王珩

編輯：慕一