當前，科學家們已經(jīng)在硅中完全可控的自旋量子比特陣列中實現(xiàn)了三個量子比特的糾纏態(tài)。

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RIKEN（日本理化學研究所）的團隊成員將可以糾纏的硅基自旋量子比特的數(shù)量從2個增加到了3個，突出了自旋量子比特在構造多量子比特的量子算法方面的潛力。在執(zhí)行某些類型的計算時，傳統(tǒng)計算機都束手無策，而量子計算機基于量子比特的特性可以實現(xiàn)求解。

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被稱為硅基量子點的微小硅團，雖然不如其他量子計算的技術路線成熟，但也有很多有利于構造量子比特的特點，如相干時間長、可高保真電氣控制、高溫操作和可擴展性好等。為了有效連接多個硅基自旋量子比特，讓2個以上的量子比特實現(xiàn)糾纏至關重要，直到現(xiàn)在依然是物理學家們重點關注的一個問題。

Seigo Tarucha和RIKEN應急物質(zhì)科學中心的5位同事現(xiàn)在已經(jīng)完成了初始化實驗，并測量了3個硅基量子比特陣列，發(fā)現(xiàn)它的保真度，也就是量子比特處于預期狀態(tài)的概率非常高。此外，他們還將3個糾纏的自旋量子比特組合在一個設備中。

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Tarucha解釋道，該演示是擴展硅基自旋量子比特系統(tǒng)的能力的第一步。“當前，雖然雙量子比特操作系統(tǒng)足以執(zhí)行基本的邏輯計算，但3量子比特操作系統(tǒng)是擴大和實施糾錯的最小單位。”

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該團隊的設備由硅/硅-鍺異質(zhì)結(jié)構上的三重量子點組成，并通過鋁門進行控制。每個量子點可以容納一個電子，其自旋向上和自旋向下狀態(tài)可以編碼一個量子比特，片上磁鐵產(chǎn)生磁場梯度，將三個量子比特的共振頻率分開，以便它們可以單獨尋址。

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研究人員首先通過實現(xiàn)一個雙量子比特門來糾纏2個量子比特，形成一小型量子電路，這是構成量子計算設備的基本模塊。然后他們通過結(jié)合第3個量子比特和門電路實現(xiàn)了3個量子比特的糾纏。由此產(chǎn)生的3個量子比特態(tài)具有88%的狀態(tài)保真度，該保真度非常高，并處于可用于糾錯的糾纏狀態(tài)。

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這個演示只是一場偉大而漫長的研究過程的開始，有助于大規(guī)模建造量子計算機?！敖酉聛砦覀冇媱澥褂?個量子比特設備演示原始的糾錯過程，并制造具有10個或更多量子比特的設備?！盩arucha說，“同時，我們計劃開發(fā)50到100個量子比特并實施更復雜的糾錯協(xié)議，為10年內(nèi)大規(guī)模建造量子計算機鋪路?！?/p>

參考文獻“三個硅基自旋量子比特糾纏態(tài)的量子斷層掃描”，作者：Kenta Takeda、Akito Noiri、Takashi Nakajima、Jun Yoneda、Takashi Kobayashi 和 Seigo Tarucha，2021 年 6 月 7 日，Nature Nanotechnology。

編譯：慕一

編輯：王珩

注：本文編譯自“Sci Tech Daily?”，文章中的信息或所表述的觀點意見，均不代表量子前哨同意或支持。

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