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

科技日报北京8月25日电 （记者刘霞）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。