（圖片來源：網絡）

量子計算機能達到當今最快的超級計算機也無法達到的速度和效率。然而，該技術尚未大規(guī)模推廣和商業(yè)化，很大程度上是因為它無法自我糾錯。與經典計算機不同，量子計算機無法通過一遍又一遍地復制編碼數據來糾正錯誤，科學家們不得不尋找其它糾錯方法。

近日，《Nature》雜志上的一篇新論文闡述了哈佛大學團隊利用量子計算平臺如何解決長期存在的量子糾錯問題。

哈佛大學團隊的領導者是量子光學專家Mikhail Lukin，他是哈佛大學約書亞—貝絲·弗里德曼校級物理學教授，也是哈佛量子計劃的聯(lián)合主任?！禢ature》雜志報道的這項工作是哈佛大學、麻省理工學院和波士頓QuEra計算公司之間的合作成果。物理學教授Markus Greiner的團隊也參與其中。

經過過去幾年的努力，哈佛大學團隊設計了一系列溫度極低的激光捕獲銣原子。每個原子都充當一個量子比特，可以執(zhí)行極快的計算。

哈佛大學物理學家Mikhail Lukin（前）和Markus Greiner（后）正在使用量子模擬器。（圖片來源：網絡）

該團隊的主要創(chuàng)新是在計算過程中，他們的“中性原子陣列”能通過移動和連接原子來動態(tài)改變其布局，這在物理學術語中稱為“糾纏”。糾纏原子對的操作稱為雙量子比特邏輯門。

在量子計算機上運行復雜的算法需要許多門。然而，這些門操作是出了名的容易出錯，并且錯誤的累積會使算法變得毫無用處。

在新論文中，該團隊報告了其兩量子比特糾纏門的近乎完美的性能以及極低的錯誤率。他們首次展示了以低于0.5%的錯誤率糾纏原子的能力。在操作質量方面，他們的技術性能與其他領先的量子計算平臺（例如超導量子比特和離子阱量子比特）不相上下。

然而，比起競爭對手，憑借其龐大的系統(tǒng)規(guī)模、高效的量子比特控制以及動態(tài)重新配置原子布局的能力，哈佛大學的研究方法具有重大優(yōu)勢。

論文第一作者Simon Evered說：“我們已經確定這個平臺的物理誤差足夠低，如果我們將原子組合成邏輯量子比特，這些經過量子糾錯的邏輯量子比特的錯誤率甚至可能比單個原子更低。”

哈佛大學團隊的進展與前哈佛研究生Jeff Thompson（現(xiàn)就職于普林斯頓大學）和前哈佛博士后研究員Manuel Endres（現(xiàn)就職于加州理工學院）領導的其他創(chuàng)新一起發(fā)表在同一期《Nature》雜志上。總而言之，這些進步為量子糾錯算法和大規(guī)模量子計算奠定了基礎。所有這些都意味著中性原子陣列上的量子計算正在展現(xiàn)其客觀前景。

Lukin說：“這些貢獻為可擴展量子計算領域的特殊機會打開了大門，并為整個領域帶來了真正激動人心的時刻。”

該研究得到了多項支持，包括美國能源部量子系統(tǒng)加速器中心、超冷原子中心、美國國家科學基金會、陸軍研究辦公室多學科大學研究計劃、以及 DARPA的含噪聲中等規(guī)模量子計算機優(yōu)化計劃。

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點與數據。 —— end——