哈佛大学的新平台实现了量子计算的重大飞跃，该平台能够动态重新配置，并在双量子比特纠缠门中显示出较低的错误率。最近发表在《自然》杂志上的一篇论文强调了这一突破，它标志着在克服量子纠错挑战方面取得了重大进展，使哈佛大学的技术与其他领先的量子计算方法并驾齐驱。这项工作是与麻省理工学院等合作完成的，标志着向可扩展的纠错量子计算迈出了关键一步。
哈佛大学团队开发的减少误差的方法解决了扩大技术规模的一个重大障碍。
量子计算技术具有前所未有的速度和效率潜力，其能力甚至大大超过了目前最先进的超级计算机。然而，这项创新技术尚未广泛推广或商业化，主要原因是其在纠错方面存在固有的局限性。量子计算机与经典计算机不同，无法通过反复复制编码数据来纠正错误。科学家们必须另辟蹊径。
现在，《自然》杂志上的一篇新论文展示了哈佛大学量子计算平台解决量子纠错这一长期问题的潜力。
领导哈佛团队的是量子光学专家米哈伊尔-卢金（Mikhail Lukin），他是约书亚和贝丝-弗里德曼大学物理学教授，也是哈佛量子计划的联合主任。《自然》杂志报道的这项工作由哈佛大学、麻省理工学院和总部位于波士顿的 QuEra Computing 公司合作完成。George Vasmer Leverett 物理教授 Markus Greiner 的研究小组也参与了这项工作。
经过几年的努力，哈佛平台建立在一个非常冷的、被激光捕获的铷原子阵列上。每个原子就像一个比特（量子世界称之为"量子比特"），可以执行极快的计算。
研究小组的主要创新是配置他们的"中性原子阵列"，使其能够通过移动和连接原子（物理学术语称之为"纠缠"），在计算过程中动态改变其布局。纠缠原子对的运算称为双量子比特逻辑门，是计算能力的单位。
在量子计算机上运行一个复杂的算法需要许多门。然而，这些门操作是出了名的容易出错，错误的积累会使算法失去作用。
在这篇新论文中，研究小组报告说，其双量子比特纠缠门的性能近乎完美，错误率极低。他们首次展示了以低于 0.5% 的错误率纠缠原子的能力。就运行质量而言，这使他们的技术性能与超导量子比特和困离子量子比特等其他领先类型的量子计算平台不相上下。
优势与未来潜力
然而，哈佛大学的方法与这些竞争对手相比具有很大的优势，因为它具有大系统规模、高效的量子比特控制以及动态重新配置原子布局的能力。
第一作者西蒙-埃弗里德（Simon Evered）是卢金研究小组中哈佛大学格里芬艺术与科学研究生院的一名学生。他介绍说："我们现在的误差率已经足够低了，如果我们把原子组合成逻辑量子比特（信息在组成原子之间非本地存储），这些经过量子误差校正的逻辑量子比特的误差可能比单个原子还要低。"
哈佛大学团队的研究进展与哈佛大学前研究生杰夫-汤普森（Jeff Thompson）（现就读于普林斯顿大学）和哈佛大学前博士后曼努埃尔-恩德雷斯（Manuel Endres）（现就读于加州理工学院）领导的其他创新成果在同一期《自然》杂志上进行了报道。综合来看，这些进展为量子纠错算法和大规模量子计算奠定了基础。所有这些都意味着，中性原子阵列上的量子计算正展现出其广阔的前景。
卢金说："这些贡献为可扩展量子计算的特殊机遇打开了大门，也为整个领域的未来带来了真正激动人心的时刻。"
参考文献 Simon J. Evered、Dolev Bluvstein、Marcin Kalinowski、Sepehr Ebadi、Tom Manovitz、Hengyun Zhou、Sophie H. Li、Alexandra A. Geim、Tout T. Wang、Nishad Maskara、Harry Levine、Giulia Semeghini、Markus Greiner、Vladan Vuletić和Mikhail D. Lukin的"中性原子量子计算机上的高保真并行纠缠门"，2023年10月11日，《自然》。
DOI: 10.1038/s41586-023-06481-y
编译来源：ScitechDaily