研究人员演示了硅量子比特系统中的纠错

三量子位QEC和硅基三量子位设备。一个。三量子位相位翻转量子纠错码的概述。两个量子位的CNOT门纠缠着三个量子位，然后Hadamard（H）门旋转量子位基数以获得相位翻转误差。解码是编码的反面。最后，校正由三量子位托弗利门执行。b.设备的扫描电子显微镜图像。比例尺，100 nm。屏蔽门（棕色）用于限制柱塞（绿色）和屏障（紫色）门的电场。三个圆圈（红色，绿色和蓝色）表示三重量子点阵列的位置。另一个显示为灰色圆圈的量子点用作电荷传感器。栅极P1、P2、P3、B2和B3连接到任意波形发生器以施加快速电压脉冲。将电偶极子自旋共振的微波控制脉冲施加到下屏蔽门上。c、设备横截面示意图。硅量子阱中的线显示了示意图中的三点约束电位。J12 （J23） 表示 Q1 和 Q2（Q2 和 Q3）之间的最近邻交换耦合。图片来源：《自然》（2022）DOI： 10.1038/s41586-022-04986-6

来自日本RIKEN的研究人员通过在三量子位硅基量子计算系统中演示纠错，向大规模量子计算迈出了重要的一步。这项工作发表在《自然》杂志上，可以为实用量子计算机的实现铺平道路。

量子计算机是当今研究的一个热门领域，因为它们有望解决使用传统计算机难以解决的某些重要问题。他们使用完全不同的架构，使用量子物理学中的叠加状态，而不是传统计算机中使用的简单的1或0二进制比特。但是，由于它们的设计方式完全不同，因此它们对环境噪声和其他问题（例如退相干）非常敏感，并且需要纠错以允许它们进行精确计算。

当今的一个重要挑战是选择哪些系统最能充当“量子比特”——用于进行量子计算的基本单位。不同的候选人制度各有优缺点。今天一些流行的系统包括超导电路和离子，它们具有已经证明某种形式的纠错的优势，尽管规模很小，但它们可以投入实际使用。硅基量子技术在过去十年中才刚刚开始发展，众所周知，它具有一个优势，因为它利用了类似于通常用于在小芯片中集成数十亿个晶体管的半导体纳米结构，因此可以利用当前的生产技术。

然而，硅基技术的一个主要问题是缺乏错误连接技术。研究人员之前已经证明了对两个量子位的控制，但这还不足以进行纠错，这需要一个三量子位系统。

在目前由RIKEN紧急物质科学中心和RIKEN量子计算中心的研究人员进行的研究中，该小组实现了这一壮举，展示了对三量子比特系统（硅中最大的量子比特系统之一）的完全控制，从而为首次在硅中进行量子纠错提供了原型。他们通过实现三量子位托弗利型量子门来实现这一目标。

根据该论文的第一作者Kenta Takeda的说法，“在量子点中实现量子纠错码的想法是在大约十年前提出的，因此它不是一个全新的概念，而是材料，器件制造和测量技术的一系列改进使我们能够成功实现这一努力。我们非常高兴能够实现这一目标。

根据研究小组负责人Seigo Tarucha的说法，他们的“下一步将是扩大系统规模。我们认为扩大规模是下一步。为此，与能够大规模制造硅基量子器件的半导体行业组织合作会很好。

更多信息：Kenta Takeda，量子纠错与硅自旋量子比特，Nature（2022）。DOI： 10.1038/s41586-022-04986-6.www.nature.com/articles/s41586-022-04986-6

期刊信息：《自然》