点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:为可实用大规模量子计算提供可能
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

为可实用大规模量子计算提供可能

来源:光明网-《光明日报》2023-02-06 03:15

  【科技前沿】

  科学家在固态体系首次实现高保真度量子受控非门

  为可实用大规模量子计算提供可能

  光明日报合肥2月5日电(记者丁一鸣 通讯员王敏)日前,中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、石发展教授等在量子操控领域取得重要进展,基于金刚石氮-空位(NV)色心量子比特实现了保真度99.92%的量子CNOT门(量子受控非门)。相关研究成果发表于《物理评论快报》。

  高保真两比特量子门在量子信息处理,特别是容错量子计算中起着至关重要的作用。然而,量子比特会不可避免地与环境发生相互作用,这极大地降低了逻辑门的保真度,对于固态量子系统更是如此。经过几十年的努力,超导、离子阱、固态缺陷和量子点等量子系统,已经实现了保真度超过容错阈值(约99%)的两比特门。然而,可实用的大规模量子计算要求门保真度至少达到99.9%,此前仅离子阱体系实现了保真度约为99.9%的两比特门。固态体系由于受到更为嘈杂的固态环境的干扰,实现超过99.9%保真度的两比特门是一项艰巨的挑战。

  理论上,通过量子纠错过程,只要在物理比特上实现错误低于容错阈值的量子门,就可以在逻辑比特上获得错误更小的量子门。类似的,通过动力学纠错,如果环境噪声的非马尔科夫性能被充分利用,物理比特上的门错误可以在多个操控脉冲之间相互抵消。因此,通过结合上述两个层次的纠错,对初始的门保真度要求可以大大降低,这为基于现实中不完美的设备实现通用量子计算提供了一条可行的路径。然而,由于量子纠错过程本身会产生额外的复杂度,往往很难在实验上获得更高保真度的量子门。当动力学纠错的方法应用于两比特量子门时,也会遇到类似的问题,往往会没有精确地掌握噪声特性,使用更复杂的脉冲和更长的操控时间反而会造成更大的错误。

  此次工作中,研究团队通过对噪声的细致测量,建立了一个准确且完整的噪声模型,其中包括静态噪声、含时噪声以及量子噪声。基于动力学纠错的思想,研究人员对形状脉冲进行了精巧的设计,使其能抵抗噪声模型中的各种磁噪声,最终将磁噪声对CNOT门的影响降低了两个数量级,降至10的负4次方以下。经过实验,研究人员测得形状脉冲实现的CNOT门保真度为99.920(7)%,并分析得知,剩余错误主要来自于形状脉冲的失真以及电子自旋的纵向弛豫。这二者皆可在技术上被进一步消除,因此未来有望将CNOT门保真度进一步提高到99.99%以上。

  研究人员认为,该工作的方法是通用的,可进一步推广至其他固态体系,如硅量子点、金刚石和碳化硅中的其他缺陷、稀土掺杂系统等。

  《光明日报》( 2023年02月06日 08版)

[ 责编:邱晓琴 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 我国电动汽车充电设施数量突破2000万

  • 贵州六盘水:线路巡检保通畅

独家策划

推荐阅读
我国结核病防治虽成效显著,疫情持续下降,但当前形势依然严峻,防治工作任重道远。作为一名从业30多年的结核科医生,我一直专注于结核病的临床诊治与防控,从未想过自己会与结核病防治历史结缘——直到十余年前。
2026-01-23 10:13
每到冬天,许多人都会感到手脚冰凉,即使穿得很厚,也难以真正暖和起来。为什么会有这种现象?该如何有效改善?
2026-01-23 10:06
“设立教育基金是我多年的心愿,希望为学校年轻人的培养作一点贡献。”
2026-01-23 10:01
1月22日,中科宇航将微重力金属增材制造返回式科学实验载荷交付于中国科学院力学研究所。这台由力学所自主研制的载荷,搭载于中科宇航力鸿一号遥一飞行器,于1月12日成功开展我国首次太空金属增材制造(即“3D打印”)实验。据悉,这是我国首次基于火箭平台实施太空金属增材制造返回式科学实验。
2026-01-23 09:48
团队所制备的“纤维芯片”中,电子元件(如晶体管)集成密度达10万个/厘米,通过晶体管高效互连,可实现数字、模拟电路运算等功能。而在虚拟现实领域,基于“纤维芯片”所构建的智能触觉手套适用于远程手术组织硬度感知、虚拟道具交互等场景,有望极大提升用户与虚拟环境的交互体验。
2026-01-23 09:48
扎实推进科普智库各项建设工作,为实现2035年“终结结核病流行”目标注入强劲的思想动力与坚实的行动支撑。
2026-01-22 18:44
国家能源局21日发布的数据显示,截至2025年12月底,我国电动汽车充电设施数量达2009.2万个,突破2000万大关。方案提出,到2027年底,将在全国范围内建成2800万个充电设施,提供超3亿千瓦的公共充电容量,满足超过8000万辆电动汽车充电需求,实现充电服务能力的翻倍增长。
2026-01-22 09:31
正因如此,团队创新性转向了模拟计算这一新兴赛道,成功研制出基于阻变存储器的非负矩阵分解模拟计算求解器。“这项工作为非负矩阵分解这类约束优化问题的实时求解开辟了新路径,展现了模拟计算处理现实复杂数据的巨大潜力。
2026-01-22 09:28
对于成千上万的心脏病患者来说,植入心脏起搏器是维持生命节律的重要方式。该起搏器设计极度微型化,生物相容性优异,可通过微创导管经股静脉植入心脏内部,大大降低了手术创伤。
2026-01-22 09:27
这是一种生物分子磁敏感荧光蛋白(MFP),能与磁场和无线电波相互作用,其特性正源于蛋白质内部的量子力学效应。研究团队首先开发出一种原型成像仪器,能够利用类似磁共振成像(MRI)的原理,对经过人工改造的蛋白质进行体内定位。
2026-01-22 09:44
20日,海南省脑空间信息学与脑机接口技术创新中心揭牌。据了解,海南大学近年来在全脑成像技术研发、脑图谱绘制等领域取得多项重大突破,并成功研发了高通量低功耗采集及刺激芯片、高自由度神经刺激芯片等多款脑机接口专用芯片,还构建了神经系统疾病灵长类动物模型研发技术体系,为脑科学基础与转化研究、脑机接口技术发展提供了技术支撑。
2026-01-22 09:30
光明日报北京1月21日电 记者王美莹、通讯员丁艳青从中国地震局获悉,近日,我国地震行业首个国家级与省级联动的网络安全管理平台正式建成并投入使用。目前,该平台已投入业务运行,显著提升了全国地震行业网络安全的整体防护水平,为业务平稳运行提供了坚实保障。
2026-01-22 09:29
随着中国第42次南极考察队队员陈龙耀从东南极西福尔丘陵地区裸露的岩壁敲下第一块岩石样本,中山站度夏地质考察工作正式启动。
2026-01-21 09:08
这套“地震断层模拟试验装置”由中国工程院院士、中国地震局工程力学研究所名誉所长谢礼立领衔的团队历时4年攻关研制完成,已成功通过验收。
2026-01-21 09:02
长期以来,半导体面临一个难题:我们知道下一代材料的性能会更好,却往往不知道如何将它制造出来。这项材料工艺革新解决了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题,为后续的性能爆发奠定了关键基础。
2026-01-21 09:01
该团队通过对比研究嫦娥六号月球背面样品与嫦娥五号月球正面样品,发现嫦娥六号样品中的碳结构具有更明显的缺陷特征,这可能与月球背面经历的更强烈的微陨石撞击历史有关。
2026-01-21 09:00
近日,在国新办举行的新闻发布会上,海关总署相关负责人介绍,2025年中国高技术产品出口增长13.2%,工业机器人出口增长48.7%,并首次超过进口,我国成为工业机器人净出口国。
2026-01-21 08:56
2025年C919安全载客超过400万人次,而且今年又新开了广州往返南京的航线。
2026-01-20 07:00
工业和信息化部、国家发展改革委等五部门日前联合印发《关于开展零碳工厂建设工作的指导意见》。
2026-01-20 03:25
工业和信息化部日前印发最新修订的《优质中小企业梯度培育管理办法》,将科技型中小企业纳入优质中小企业梯度培育范围。办法自2026年4月1日起实施。
2026-01-20 03:20
加载更多