实现0.000015%量子计算误差率！有望催生更小更快的量子计算机

这项破纪录的突破将推动实用级量子计算机向小型化、高速化发展。

科学家创造了量子计算误差率的最低纪录 —— 这是实现实用级量子计算机道路上解决基础性挑战的重要一步。
在发表于《物理评论快报》的研究中，团队展示了0.000015%的量子误差率，相当于每670万次操作仅出现一次错误。

该成果在计算精度和速度上均比2014年同一团队创下的纪录（每百万次操作约一次错误）提升近一个数量级。

量子操作中的高频误差（或称"噪声"）会导致量子计算机输出结果失效。这些噪声源于控制方法缺陷（本质上是计算机架构与算法问题）和物理定律限制，因此量子纠错成为重点攻关领域。

虽然退相干（量子态自然衰减）和泄漏（量子比特态脱离计算子空间）等自然法则相关的误差无法超越物理规律，但该团队通过将计算机架构与控制方法产生的噪声降至近乎为零，实现了重大突破。

"误差概率的骤降显著降低了纠错所需的基础设施，为未来量子计算机实现更小体积、更快速度和更高效率铺平道路，"牛津大学物理学研究生、研究共同第一作者莫莉·史密斯表示，"量子比特的精准控制技术还将应用于量子钟、量子传感器等其他量子科技领域。"

破纪录的低误差率如何实现

实验中采用的量子计算机使用定制化平台，摒弃了常见的光子量子比特架构，改用"囚禁离子"作为量子比特（相当于传统计算机的比特）。

该研究在室温环境下完成，研究者称这将大幅简化实用量子计算机的集成难度。

主流量子系统通常采用依赖"量子点"的超导电路，或利用"光镊"激光固定单光子作为量子比特。而本团队通过微波束缚钙-43离子链实现量子操作。

这种方法使离子进入超精细"原子钟"状态。研究表明，该技术能以高于光子方法的精度创建更多"量子门"（相当于计算机可执行的量子操作数量）。

离子进入超精细原子钟态后，研究人员通过自动化控制程序校准离子，持续修正微波控制法引发的振幅频率漂移。

团队开发出能检测并修正微波束缚噪声的算法，消除噪声后，系统得以在物理极限范围内实现最低误差率的量子操作。

技术突破的实际意义

该技术使大规模开发近乎零误差的单量子门操作（单量子比特门操作，区别于多量子比特门）成为可能。

这不仅有望提升量子计算机整体效率，更实现了单量子比特门误差率的新突破，并厘清了所有已知误差源 —— 这对单门操作中的多数误差实现了溯源控制。

这意味着：采用囚禁离子架构的量子计算机工程师，以及相关算法开发者，无需再为纠错功能额外配置大量量子比特。

研究者指出，新方法通过降低误差率，减少了量子比特需求总量，同时降低了量子计算机的成本与体积。

尚未解决的挑战

但该技术并非万能，许多量子算法需依赖多量子门比特（由单量子门比特协同或组合而成）以执行基础功能外的复杂计算。目前双量子比特门操作的误差率仍高达0.05%（约1/2000）。

尽管本研究向实用级量子计算迈出关键一步，但复杂多量子门比特系统中固有的"噪声"问题仍有待攻克。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！