比闪电更迅捷：牛津大学六百七十万分之一的量子突破

为便于理解该研究成果的意义：一个人在特定年份被闪电击中的概率（一百二十万分之一）高于牛津量子逻辑门发生错误的概率。

发表于《物理评论快报》的这项发现是实现稳健实用量子计算机的重大进展。

论文合著者、牛津大学物理系大卫·卢卡斯教授表示："据我们所知，这是全球有史以来精度最高的量子比特运算。这是朝着构建能解决实际问题的实用量子计算机迈出的关键一步。"

要在量子计算机上执行有效计算，需在多个量子比特上运行数百万次操作。这意味着若错误率过高，最终计算结果将毫无意义。虽然可通过纠错修正错误，但这需要消耗更多量子比特资源。新方法通过降低错误率，减少了所需量子比特数量，从而降低了量子计算机的成本和体积。

共同第一作者莫莉·史密斯（牛津大学物理系研究生）指出："该项工作通过大幅降低错误率，显著减少了纠错所需的基础设施规模，为未来量子计算机实现更小体积、更快速度和更高效率开辟了道路。量子比特的精确控制对于时钟和量子传感器等其他量子技术同样具有重要价值。"

该突破性精度是采用囚禁钙离子作为量子比特实现的。钙离子因其长寿命和强健性成为存储量子信息的天然选择。与常规激光控制方法不同，牛津团队采用电子（微波）信号控制钙离子的量子态。

此方法较激光控制具有更高稳定性，且在构建实用量子计算机方面具备多重优势。例如，电子控制比激光控制廉价得多且更稳定，更易于集成到离子囚禁芯片中。此外，实验在室温和无磁屏蔽条件下完成，显著简化了实用量子计算机的技术要求。

此前单量子比特最低错误率记录（百万分之一）同样由牛津团队于2014年创下。该团队的专业技术催生了衍生公司Oxford Ionics于2019年成立，该公司现已成为高性能囚禁离子量子比特平台的公认领导者。

尽管此项破纪录成果标志着重大里程碑，研究团队强调这只是更大挑战的组成部分。量子计算需单量子比特门和双量子比特门协同工作。目前双量子比特门仍存在显著更高的错误率——迄今最佳演示中约五百分之一——因此降低双门错误率对构建完全容错的量子机器至关重要。

实验由莫莉·史密斯、亚伦·卢、马里奥·盖利博士、大卫·卢卡斯教授与大阪大学量子信息与量子生物学中心客座研究员宫西浩一郎博士在牛津大学物理系共同完成。

牛津科学家隶属于英国量子计算与模拟中心，该机构是英国国家量子技术计划的重要组成部分。