中國研究人員成功研發硅量子處理器 實現完整邏輯運算

中國研究人員展示了一款硅量子處理器，能夠執行完整的錯誤檢測邏輯運算，這標誌著實用量子計算邁出了重要一步。來自深圳國際量子學院的團隊開發了一種可以在處理量子信息的同時檢查錯誤的設備，這在超導電路等平台中已有所顯示，但在硅中尚未實現。量子系統對噪音極為敏感，這會引入錯誤，干擾計算。解決這一問題的一種方法是將信息編碼為能夠檢測和處理這些錯誤的邏輯量子比特。研究人員表示，他們的工作表明，容錯量子計算的基本構建塊現在可以在硅中實現，這是一種廣泛用於現代電子設備的材料。

處理器是通過將磷原子以原子精度植入硅中而創建的，從而實現對量子比特的個別控制。團隊還開發了減少信號干擾的方法，這是量子系統中主要的錯誤來源。使用四個量子比特，研究人員編碼了兩個能夠在計算過程中檢測錯誤的邏輯量子比特。這種方法使系統能夠標記出可能影響結果的不必要噪音。該研究展示了一整套操作鏈，包括準備經過錯誤檢查的狀態、執行邏輯運算，以及將其應用於算法中。

為了測試系統，團隊運行了一個量子算法來計算水分子的最低能量狀態。結果與理論值非常接近，顯示該系統能夠處理實際任務。研究人員使用變分量子特徵求解器來模擬該分子，並取得了與預期值之間小幅偏差的結果。這表明該方法未來可能支持現實世界的量子應用。該工作還顯示，基於硅的系統可以超越控制少量量子比特，實現帶有內建錯誤檢測的協調操作。

硅仍然是擴展量子計算機的強有力候選者，因為它已廣泛用於半導體製造，這可能有助於未來系統更高效的生產。團隊表示，下一步包括改善原子放置的精度、進一步減少干擾以及增加單個晶片上的量子比特數量。長期目標是構建更大系統，能夠在保持錯誤控制的同時執行更複雜的計算。該研究發表在《Nature Nanotechnology》上。