比闪电更胜一筹：牛津大学实现670万分之一的量子突破

为了将结果置于视角中：一个人在一年内被闪电击中的可能性（一百二十万分之一）比牛津量子逻辑门出错的概率还要高。

这些发表在物理评论快报上的发现，是实现稳健且有用的量子计算机的重大进展。

"据我们所知，这是世界上有史以来记录到的最精确的量子比特操作，"牛津大学物理系教授、该论文的合著者大卫·卢卡斯说。"这是朝着构建能够解决现实世界问题的实用量子计算机迈出的重要一步。"

要在量子计算机上进行有用的计算，需要在许多量子比特上运行数百万次操作。这意味着如果错误率太高，计算的最终结果将毫无意义。尽管可以使用纠错技术来修复错误，但这需要更多的量子比特作为代价。通过减少错误，新方法降低了所需的量子比特数量，从而降低了量子计算机本身的成本和尺寸。

共同第一作者莫莉·史密斯（牛津大学物理系研究生）说："通过大幅减少错误机会，这项工作显著减少了纠错所需的基础设施，为未来量子计算机变得更小、更快、更高效铺平了道路。精确控制量子比特也将对其他量子技术如时钟和量子传感器有用。"

这种前所未有的精度是通过使用捕获的钙离子作为量子比特（量子位）实现的。由于它们的长寿命和稳健性，它们是存储量子信息的自然选择。与使用激光的传统方法不同，牛津团队使用电子（微波）信号控制钙离子的量子态。

这种方法比激光控制提供更高的稳定性，并且对构建实用量子计算机还有其他益处。例如，电子控制比激光便宜得多且更稳健，更容易集成到离子捕获芯片中。此外，实验在室温下进行，无需磁屏蔽，从而简化了工作量子计算机的技术要求。

先前的最佳单量子比特错误率，也是由牛津团队在2014年实现的，是一百万分之一。该团队的专业知识导致了衍生公司牛津离子学（Oxford Ionics）于2019年成立，该公司已成为高性能捕获离子量子比特平台的公认领导者。

尽管这一破纪录的结果标志着一个重大里程碑，但研究团队警告说，这只是更大挑战的一部分。量子计算需要单量子比特门和双量子比特门共同工作。目前，双量子比特门的错误率仍然显著更高——在迄今为止的最佳演示中约为两千分之一——因此降低这些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、Aaron Leu、马里奥·杰利博士和大卫·卢卡斯教授在牛津大学物理系进行，连同来自大阪大学量子信息与量子生物学中心的访问研究员宫西光一郎博士。

牛津科学家是英国量子计算与模拟（QCS）中心的一部分，该中心是正在进行的英国国家量子技术计划的一部分。