牛津大学的物理学家创下了控制单个量子比特精度的全球新基准，实现了量子逻辑运算有史以来最低的错误率——仅0.000015%，即每670万次操作中出现一次错误。这一突破性成果较该研究团队十年前创下的先前基准提升了近一个数量级。
为理解这一结果的意义：一个人在特定年份被闪电击中的概率（120万分之一），比牛津量子逻辑门发生错误的概率还要高。
发表在《物理评论快报》上的这些发现，是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操作记录。这对构建能解决实际问题的实用量子计算机是重要的一步。"
要在量子计算机上执行有效计算，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，最终计算结果将失去意义。虽然可使用错误校正技术修复错误，但这会大幅增加所需量子比特数量。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）表示："这项工作通过大幅降低错误发生几率，显著减少了错误校正所需的基础设施，为未来量子计算机实现小型化、高速化和高效化开辟了道路。量子比特的精确控制对时钟和量子传感器等其他量子技术同样具有重要价值。"
这一突破性精度是通过使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。与传统激光控制方法不同，牛津团队采用电子（微波）信号控制钙离子的量子态。
这种方法比激光控制更加稳定，还具有其他实用优势：电子控制比激光更经济、更稳健，更容易集成到离子囚禁芯片中。此外，实验在室温、无磁屏蔽条件下完成，从而简化了实用量子计算机的技术要求。
牛津团队曾在2014年创下单量子比特最低错误率纪录（100万分之一）。该团队的专业技术促使衍生公司Oxford Ionics于2019年成立，现已成为高性能囚禁离子量子比特平台的公认领导者。
尽管这一破纪录成果标志着重大里程碑，研究团队强调这仍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协同工作。目前双量子比特门的错误率仍显著更高——迄今最佳实验结果约为500分之一——因此降低双量子比特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·盖利博士和大卫·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功一郎博士共同参与。
牛津科学家隶属于英国量子计算与模拟中心(QCS Hub)，该机构隶属于英国国家量子技术计划。