量子突破：研究人员展示了对3-Qubit系统的全面控制

通过演示三量子位（3-Qubit）硅基量子计算装置的纠错，日本理化学研究所的研究人员在大规模量子计算方面取得了重大进展。这项研究发表在《自然》杂志上，意义在于可能有助于使实用的量子计算机成为现实。

量子计算机是目前突出的研究领域，因它们有望解决传统计算机无法解决的重要问题。量子计算机不采用传统计算机中固有的直接的1或0的二进制位，而是使用量子物理学的叠加状态。然而，由于它们的设计根本不同，缺陷在于对环境噪声和其他困难非常敏感，如退相干，并且需要纠错来进行精确计算。

选择能够作为最佳"量子比特"的系统，或进行量子计算所需的基本单位是今天研究人员们面对的一个重大挑战。每个潜在的系统都有其自身的优势和劣势。今天流行的系统包括超导电路和离子，它们的好处是有某种类型的纠错证明，使它们能够用于现实世界的应用，尽管规模有限。

众所周知，最近刚刚开始开发的硅基量子技术具有一个优势，即它使用的半导体纳米结构可与经常用于在一个紧凑的芯片上集成数十亿个晶体管的结构相媲美，因此有可能受益于现有的制造技术。

然而，硅基技术的一个主要问题是缺乏错误连接的技术。研究人员之前已经证明了对两个量子比特的控制，但这对于纠错来说是不够的，这需要一个三量子比特系统。

在目前由理化所新兴物质科学中心和理化所量子计算中心的研究人员进行的研究中，该小组实现了这一创举：展示了对一个三量子比特系统（硅中最大的量子比特系统之一）的完全控制，从而首次提供了硅中量子纠错的原型，他们的方法是通过一个三量子比特的Toffoli型量子门来实现这一目标。

据论文的第一作者武田健太说："在量子点中实现量子纠错码的想法大约在十年前就提出了，所以它并不是一个全新的概念，但在材料、器件制造和测量技术方面的一系列改进使我们能够成功地完成这项工作。我们非常高兴能取得这一成果"。

据该研究小组的负责人Seigo Tarucha称，"我们的下一步将是扩大该系统的规模。我们认为扩大规模是下一步的工作。为此，最好能与有能力大规模制造硅基量子设备的半导体工业集团合作。

访问文献以了解更多：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04986-6#Sec14