比闪电更锐利：牛津大学1/670万量子突破

为了更直观地理解这一结果：一个人在某一年被闪电击中的概率（120万分之一）仍高于牛津量子逻辑门出现错误的概率。

这项发表在《物理评论快报》的研究成果，标志着我们朝着构建稳健实用量子计算机迈出了重要一步。

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。对于建造能解决实际问题的实用量子计算机而言，这是关键性突破。"

要在量子计算机上执行有效计算，需要在多个量子比特上运行数百万次操作。这意味着如果错误率过高，最终计算结果将失去意义。虽然纠错技术可以修正错误，但这需要消耗更多量子比特作为代价。通过降低错误率，新方法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："这项研究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型化、更快速和更高效开辟了道路。精确控制量子比特的技术也将应用于其他量子技术领域，如原子钟和量子传感器。"

该研究采用囚禁钙离子作为量子比特，实现了前所未有的精度水平。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，牛津团队采用微波电子信号来控制钙离子的量子态。

这种方法比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其他优势。例如电子控制比激光更经济、更稳定，更容易集成到离子阱芯片中。此外，实验在室温环境下进行且无需磁屏蔽，从而简化了实用量子计算机的技术要求。

牛津团队在2014年创下的单量子比特最佳错误率纪录为100万分之一。该团队的专业积累促使牛津离子学公司于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行业领导者。

尽管这一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——在迄今最佳实验中约为500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。

实验由牛津大学物理系的莫莉·史密斯、亚伦·刘、马里奥·格利博士和戴维·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共同完成。

牛津科学家们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。