最新報道，澳大利亞初創公司硅量子計算（SQC）實現了硅原子雙量子比特99.99％的超高保真度，打破了當前公佈的谷歌Sycamore 最大99.64%雙量子比特保真度的最高記錄 。這一突破將使量子比特編碼信息的準確性大大提高，使得距離大規模糾錯硅量子計算機的實現又邁出重大的一步。
一週前，曾幫助科技巨頭谷歌取得量子霸權優勢的谷歌前首席量子科學家John Martinis，宣佈加入SQC。並表示，之所以選擇加入SQC，是因為他們在硅量子計算領域有獨門絕技，世上沒有其他人能做到這些'傢伙'所能做到的。而John Martinis的加入正驗證了其能力的卓越之處。
近日，由Michelle Simmons 教授領導的新南威爾士大學量子計算和通信技術中心(CQC2T) 的研究人員，刷新了有史以來的半導體量子比特的最低噪聲水平。該項研究成果當前已發表於《Advanced Materials》。SQC通過將該研究成果與在1微秒內讀出量子比特信息的能力相結合，實現了硅原子雙量子比特99.99% 的保真度。
圖1｜單晶二量子比特器件（來源：Advanced Materials）
當前糾錯量子計算機面臨的挑戰
眾所周知，為了使量子計算機執行有用的計算，量子信息必須接近100％的準確度。
但是，託管量子比特的不確定物理環境的電荷噪聲會干擾編碼量子信息的量子比特，從而影響信息的準確性。因此，半導體量子比特中的電荷噪聲水平一直是實現大規模糾錯量子計算機所需精度的關鍵障礙。
CQC2T的Ludwik Kranz對外表示：“我們的研究表明，我們可以將電荷噪聲降低到一個顯著低的水平，最小化它對量子比特的影響，通過優化硅芯片的製作方法，我們實現了比以前記錄低10倍的噪聲水平。這是所有半導體量子比特中記錄的最低的電荷噪聲。”
圖 2｜Ludwik Kranz 用掃描隧道顯微鏡精確定位和封裝硅中的磷原子（來源: CQC2T）
實現低噪聲的原理
研究小組的研究表明，無論是硅芯片內部還是表面接口處的缺陷都是電荷噪聲的重要來源。研究人員通過減少硅芯片中的雜質，並使原子遠離大部分噪聲產生的表面和界面，可以實現低噪聲水平。
實現高保真度的方式
眾所周知，為了執行大規模量子計算所需的無差錯計算，兩量子比特門（任何量子計算機的核心組成部分）都需要超過99％的保真度。
研究小組發現，除了降低噪聲水平外，讀取量子信息的時間長短也是影響保真度的一個關鍵因素。
他們通過一系列實驗來表徵電荷噪聲時發現，當計算時間越長，噪聲對系統的影響就越大。這意味著量子運算需要在極短的時間內完成，以使電荷噪聲不會隨著時間的推移而給計算帶來誤差。
Simmons 教授小組近期的研究解決了上述問題，他們利用其原子精度能力，展示了在1微秒內讀出量子比特的能力。
Simmons 教授表示: 通過結合在1微秒內讀出量子比特以及最低的電荷噪聲研究，可實現硅原子雙量子比特99.99% 的保真度。這打破了當前公佈的雙量子比特保真度谷歌 Sycamore 99.64%的最高記錄。
這一突破將使量子比特編碼信息的準確性大大提高，使得距離大規模糾錯硅量子計算機的實現又邁出了重大的一步。
而SQC通過其擁有的獨特技術，加之Martinis教授的加入，商用硅量子計算機是否會提前登場？
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