量子位保真度高达99.3%！英特尔和QuTech发表在《Nature》的论文证明了！

本篇文章1586字，读完约4分钟

2020年4月15日，英特尔和qutech在《自然》杂志上联合发表了一篇论文，证明了“高温”量子比特(量子计算的基本单位)可以成功地控制在1开尔文以上。该研究还关注两个量子位的独立相干控制，单个量子位的保真度高达99.3%。这些突破凸显了未来量子系统和硅自旋量子位低温控制的潜力，它们与单电子晶体管非常相似，可以集成在一个封装中。

英特尔发明了一种自旋量子位制造工艺，它基于300毫米工艺技术，使用这种同位素纯晶片(硅片)。(资料来源:瓦尔登基尔希/英特尔公司)

这项研究在关键性能方面取得了突破。一般来说，除非量子比特被冷却到接近绝对零度(-273摄氏度，或者0开尔文)，否则存储在量子比特中的量子信息通常很快就会丢失。在《自然》杂志重点报道的研究中，英特尔和qutech首次展示了如何操作高温、高密度和相干量子位。这些密集的量子比特可以在相对较高的温度下高质量地工作。

随着这项研究的发展，研究人员也证明了1开尔文以上的温度可以实现硅量子点的单量子位控制。然而，直到现在，只有在40毫开尔文的低温下，这两个量子位才能被控制。英特尔与qutech的合作研究显示出新的突破。在1.1开尔文时，量子电路中完整的双量子位逻辑单元可以运行。

通过这项研究，英特尔和qutech还证明了双量子位系统控制电子自旋的能力，测量到的单量子位保真度高达99.3%，系统可以精确调整。此外，研究小组还证明了自旋量子位的性能在45毫开尔文到1.25开尔文的温度范围内受影响最小。

英特尔研究院量子硬件主任吉姆克拉克(Jim clarke)表示:“这项研究代表了我们在硅自旋量子位研究方面取得的显著进展。”我们相信，硅自旋量子位是一项具有巨大潜力的候选技术，有望实现商业规模的量子系统，因为它们与英特尔已经制造了50多年的晶体管非常相似。我们证明高温量子可以在较高温度下工作，同时保持高保真度，这为实现各种本地量子位控制选项而不影响量子位性能铺平了道路。”

据雷锋说。包括英特尔、ibm和谷歌在内的业界都在研究超导量子位的路径。超导量子比特是2000年后由美国的两个实验室生产的。它们可以通过固态电路超导达到量子态，零卡尔文温度或几毫卡尔文温度。

硅自旋量子位是英特尔实现量子计算的独特途径。这条道路非常适合使用英特尔的全硅半导体技术，充分发挥英特尔的优势。英特尔已经能够在一个12英寸的晶片上制造两个硅自旋量子位，然后控制它们纠缠在一起。硅自旋量子位的优点是特定的粒子可以用作量子位，量子位的尺寸更小，更适合构建大型量子计算系统。

尽管不同的量子计算路径是相互独立的，但当前的挑战是相同的。量子计算能否应用于实际问题取决于同时高保真地扩展和控制数千(甚至数百万)个量子位的能力。然而，当前的量子系统设计受到系统整体尺寸、量子比特保真度的限制，尤其是大规模量子管理所需的控制电子器件的复杂性。

将控制电子器件和自旋量子位集成在一个芯片上可以大大简化它们之间的互连。但是要实现这个目标，提高量子位的工作温度是非常重要的。在此之前，量子计算机被证明只能在毫开尔文的温度范围内工作——只比绝对零度高几度。现在，随着对高温量子的研究，qutech和英特尔之间的合作已经证明了一个假设，即硅自旋量子比特可能在比当前量子系统稍高的工作温度下工作，从而朝着量子计算的可扩展性迈出了一步。

利用硅自旋量子来推动量子计算，英特尔可以利用其在先进封装和互连技术方面的专业知识，为实现量子实用开辟一条可扩展的道路。英特尔将继续推动全堆栈量子系统的发展。这项研究是基于一系列先前的工作，包括去年年底推出的第一个马脊低温量子控制芯片。雷锋。com

相关文章:

容错量子计算的新突破！困扰物理学80多年的梅奥拉纳费米子首次被金属俘获

为了实现量子计算，我们还需要做什么？

量子计算的研究进展:中美之间有4~5年的技术差距