比闪电更快：牛津大学670万分之一的量子突破

为帮助理解这一结果：一个人在某一年被雷电击中的概率（一百二十万分之一）比牛津团队的量子逻辑门发生一次错误的概率还要高。

发表在《物理评论快报》上的研究成果，是构建稳健实用量子计算机的一次重大进展。

论文共同作者、牛津大学物理系 David Lucas 教授表示："据我们所知，这是全球有史以来记录的最精确量子位操作。这是朝着构建能够解决实际问题的实用量子计算机迈出的重要一步。"

为了在量子计算机上执行有效计算，需要在众多量子位上进行数百万次操作。这意味着如果错误率过高，最终计算结果将失去意义。虽然纠错技术可用于修正错误，但这需要增加大量额外的量子位作为代价。新方法通过降低错误率，显著减少了所需量子位的数量，从而降低了量子计算机本身的成本和体积。

共同第一作者 Molly Smith（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规模，为未来量子计算机实现更小型化、更快速、更高效开辟了道路。精确控制量子位对时钟和量子传感器等其他量子技术同样具有重要意义。"

这一突破性精度是采用囚禁钙离子作为量子位（qubit）实现的。钙离子凭借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。

该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额外优势：电子控制比激光设备成本更低、稳定性更强，更易集成于离子囚禁芯片；实验在室温环境且无需磁屏蔽条件下完成，大幅简化了量子计算机运行的技术要求。

此前最佳单量子位错误率记录（1/100万）同样由牛津团队于2014年创造。该团队的专业积累促使衍生公司 Oxford Ionics 于2019年成立，该公司现已成为高性能囚禁离子量子位平台的行业领导者。

尽管这项破纪录成果标志着重大里程碑，研究团队强调这仅是宏大挑战中的一环。量子计算需要单量子位与双量子位逻辑门协同运作，而当前双量子位逻辑门的错误率仍显著偏高（迄今最佳演示约为1/2000），因此降低双量子位错误率对构建完全容错的量子机器至关重要。

实验由大阪大学量子信息与量子生物学中心访问研究员 Koichiro Miyanishi 博士，与牛津大学物理系的 Molly Smith、Aaron Leu、Mario Gely 博士以及 David Lucas 教授共同完成。

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