日本研究人员在硅基量子计算机领域取得突破

8月29日消息（南山）据国外媒体报道，来自日本理化学研究所的研究人员通过在一个三量子比特的硅基量子计算系统中演示纠错，实现了向大规模量子计算迈出的重要一步。这项工作发表在《自然》杂志上，可能为实现一种实用的量子计算机铺平道路。

量子计算机是当今研究的一个热点领域，有望使解决某些传统计算机难以解决的重要问题成为可能。它们使用完全不同的架构，使用量子物理学中发现的叠加状态，而不是传统计算机中使用的简单的1或0二进制位。然而，由于它们是以完全不同的方式设计的，对环境噪声和其他问题非常敏感，如退相干，并且需要纠错以使它们能够进行精确计算。

一个重要挑战是选择什么系统能够最好地充当 "量子比特"，这是用于进行量子计算的基本单位。不同的候选系统有其自身的优势和劣势。今天一些流行的系统包括超导电路和离子，它们的优点是已经证明了某种形式的纠错，允许它们投入实际使用，尽管规模很小。硅基量子技术在过去十年才开始发展，它的优势在于利用了类似于通常用于将数十亿晶体管集成在一个小芯片中的半导体纳米结构，因此可以利用当前的生产技术。

然而，硅基技术的一个主要问题是缺乏错误连接的技术。研究人员之前已经证明了对两个量子比特的控制，但这对于纠错来说是不够的，这需要一个三量子比特系统。

在目前由理化所新兴物质科学中心和理化所量子计算中心的研究人员进行的研究中，该小组实现了这一壮举，展示了对一个三量子比特系统的完全控制，从而首次提供了硅中量子纠错的原型。他们通过实现一个三量子比特的Toffoli-type量子门来实现这一目标。

据论文的第一作者武田健太说："在量子点中实现量子纠错码的想法，大约在十年前就提出来了，所以这并不是一个全新的概念，但材料、器件制造和测量技术方面的一系列改进，使我们能够成功地完成这项工作。我们非常高兴能取得这一成果"。

该研究小组的负责人称，他们下一步将是扩大系统的规模。为此，最好能与有能力大规模制造硅基量子器件的半导体工业集团合作。

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