1月19日發(fā)表在《自然》（Nature）上的三份研究都展示了量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算準(zhǔn)確率超過了99%，是量子計(jì)算研究機(jī)領(lǐng)域一個(gè)重要的里程碑。

數(shù)位，也叫比特，是計(jì)算機(jī)的基本信息單位。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的數(shù)位只有0和1兩種狀態(tài)；而量子計(jì)算機(jī)的量子數(shù)位除了0和1之外，還有第三種既是0又是1的狀態(tài)，就是所謂的量子疊加態(tài)。這使得量子計(jì)算機(jī)擁有比現(xiàn)在計(jì)算機(jī)強(qiáng)大很多的計(jì)算能力。但是，因?yàn)榱孔盈B加態(tài)很容易受到外在因素的干擾，所以量子數(shù)位的出錯(cuò)率很高。這是量子計(jì)算機(jī)研發(fā)道路上的一個(gè)主要障礙。

這三份研究在這方面實(shí)現(xiàn)了突破。而且，三份研究的設(shè)計(jì)都是使用硅材料，這意味著這些設(shè)備與現(xiàn)在主流的半導(dǎo)體制造技術(shù)更兼容。

第一份研究由澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）物理學(xué)家安德里亞·莫雷洛（Andrea Morello）負(fù)責(zé)，使用磷原子核的自旋特性編碼量子信息。

另外兩份研究分別由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）和日本理化學(xué)研究所（RIKEN）完成，采用的是不一樣的技術(shù)——使用困在硅和硅鍺合金制成的量子點(diǎn)內(nèi)的自旋電子作為量子數(shù)位。這兩個(gè)研究組設(shè)計(jì)的單數(shù)位和雙數(shù)位系統(tǒng)的準(zhǔn)確率也都超過了99%，詳見下表。

澳大利亞新南威爾士大學(xué)荷蘭代爾夫特理工大學(xué)日本理化學(xué)研究所單數(shù)位系統(tǒng)

99.95%

99.87%99.84%雙數(shù)位系統(tǒng)99.37%99.65%

99.51%

莫雷洛說，他們研發(fā)的硅基量子數(shù)位能夠保持信息的時(shí)間長度，在2014年已經(jīng)達(dá)到35秒，而當(dāng)時(shí)其它技術(shù)能夠保持信息的時(shí)間長度只有百微秒。但是為了實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)優(yōu)勢，他們的量子數(shù)位需要和周圍的環(huán)境隔開，導(dǎo)致數(shù)位之間溝通不利。而要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的運(yùn)算，量子數(shù)位之間必須能順利溝通。

現(xiàn)在他們解決了這個(gè)問題。他們利用了一個(gè)電子和兩個(gè)磷原子核組成的三量子數(shù)位系統(tǒng)。兩個(gè)磷原子核通過這個(gè)電子進(jìn)行溝通，研究人員只操控兩個(gè)磷原子核，所以這個(gè)系統(tǒng)只有兩個(gè)量子數(shù)位參與運(yùn)算，但算是三個(gè)量子數(shù)位的系統(tǒng)。

荷蘭研究組負(fù)責(zé)人西格·塔魯查（Seigo Tarucha）說：“這是第一次自旋量子數(shù)位技術(shù)與超導(dǎo)電路和離子阱技術(shù)相比，在全局量子控制性能方面有了競爭力。”

莫雷洛說：“錯(cuò)誤率只有在低于1%的情形下，才有可能使用糾錯(cuò)協(xié)議?，F(xiàn)在終于達(dá)到了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，下一步我們可以開始設(shè)計(jì)硅基量子處理器，并擴(kuò)大規(guī)模，進(jìn)行有實(shí)際意義的、可靠的運(yùn)算。”◇#