比闪电更锋利：牛津大学670万分之一的量子突破

为了更直观地理解该结果：一个人在特定年份内遭遇雷击的概率（一百二十万分之一）比牛津大学量子逻辑门出现操作错误的概率更高。

发表于《物理评论快报》的这些发现，标志着朝着构建稳健实用量子计算机的重大进展。

论文合著者、牛津大学物理系戴维·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操作记录。这是建造能够解决实际问题的实用量子计算机的重要一步。"

要在量子计算机上执行有效运算，需在众多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。尽管可通过纠错技术修正错误，但这需要耗费额外大量量子比特作为代价。新方法通过降低错误率，缩减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）表示："这项工作通过大幅降低错误概率，显著减少了纠错所需的基础设施，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捕获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。

相较于激光控制，该方法具有更高稳定性，并为构建实用量子计算机带来额外优势：电子控制比激光更经济、更稳定，且更易于集成到离子阱芯片中；实验在室温和无磁屏蔽环境下完成，从而简化了实用量子计算机的技术要求。

牛津团队此前在2014年创下的单量子比特最佳错误率为百万分之一。凭借该领域的技术积淀，团队于2019年孵化了衍生公司Oxford Ionics，该公司现已成为高性能捕获离子量子比特平台的行业领导者。

尽管这项破纪录成果标志着重大里程碑，但研究团队强调这仅是更大挑战中的一环。量子计算需要单量子比特门与双量子比特门协同工作。目前双量子比特门的错误率仍显著较高（迄今最佳演示约为五百分之一），因此降低其错误率对构建全容错量子机器至关重要。

实验由莫莉·史密斯、亚伦·洛伊、马里奥·盖利博士和戴维·卢卡斯教授在牛津大学物理系完成，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参与合作。

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