实现基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器
机关没有受不对滋扰的逻辑比特不断以来都是列国迷信家朝思暮想的方针，也是走向通用容错量子计较最要害的步骤。为了终极完成没有受不对滋扰的逻辑比特，此中重要一步就是完成对逻辑比特的有用探测，并经由过程数据后抉择来研究纠错的机能。近期，哈佛年夜学Mikhail Lukin团队与QuEra Computing、麻省理工学院以及NIST/马里兰年夜学互助正在这一范畴取患上重要进展。研究职员胜利正在一个具备280个物理量子比特的体系中，制备了1个码距为七、或许40个码距为三、或许48个码距为2的逻辑量子比特，并对上述没有同码距的逻辑比特举行了有用的不对探测，研究了颠末后抉择的逻辑比特征能。该项事情为完成没有受不对滋扰的逻辑比特供给了重要技能根蒂根基。相干论文于12月6日颁发正在《天然》杂志上[1]。© Nature研究论文以《基于可重构原子阵列的逻辑量子处置惩罚器(Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays)》为题颁发于《天然》杂志。量子计较机可实现计较的庞大水平没有单取决于其所包括的量子比特的数目，更为要害的是每一次操作所带来的不对巨细。例如，
机关没有受不对滋扰的逻辑比特不断以来都是列国迷信家朝思暮想的方针，也是走向通用容错量子计较最要害的步骤。为了终极完成没有受不对滋扰的逻辑比特，此中重要一步就是完成对逻辑比特的有用探测，并经由过程数据后抉择来研究纠错的机能。近期，哈佛年夜学Mikhail Lukin团队与QuEra Computing、麻省理工学院以及NIST/马里兰年夜学互助正在这一范畴取患上重要进展。研究职员胜利正在一个具备280个物理量子比特的体系中，制备了1个码距为七、或许40个码距为三、或许48个码距为2的逻辑量子比特，并对上述没有同码距的逻辑比特举行了有用的不对探测，研究了颠末后抉择的逻辑比特征能。该项事情为完成没有受不对滋扰的逻辑比特供给了重要技能根蒂根基。相干论文于12月6日颁发正在《天然》杂志上[1]。
© Nature研究论文以《基于可重构原子阵列的逻辑量子处置惩罚器(Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays)》为题颁发于《天然》杂志。
量子计较机可实现计较的庞大水平没有单取决于其所包括的量子比特的数目，更为要害的是每一次操作所带来的不对巨细。例如，近期IBM以及总部位于加利福尼亚的Atom Computing公司都推出了领有1000多个量子比特的量子处置惩罚器，险些是先前最年夜量子处置惩罚器比特数目的三倍。但这些设备的现实计较才能十分有限，远小先前google以及中国科年夜完成的百比特量级的量子处置惩罚器，其焦点缘故原由恰是由于计较历程中一直泛起的不对。
按捺年夜范围计较中不对产生的最有用要领就是举行纠错。正在传统计较机中，纠错凡是依赖于所谓的冗余编码——即用多个比特来编码一个比特的信息。但量子信息正在底子上有所没有同，不克不及被复制——是以研究职员哄骗纠缠将其漫衍到多个量子比特上，完成近似的冗余编码，逻辑量子比特则是纠缠正在一路以存储冗余信息的一组物理量子比特。恰是因为量子比特信息这些固有特性，有用的量子纠错的难度极高，是完成通用容错量子计较的最年夜停滞，也是今朝量子信息范畴公认最年夜的应战之一。
今朝学术界广泛以为，量子纠错将履历如下若干成长阶段：（一）完成不对率脚够低的物理比特，以到达纠错算法的门坎；（二）经由过程多个如许的物理比特机关逻辑比特，并有用探测其不对，懂得详细不对的类型以及成因；（三）增长举行纠错编码的物理比特数量，即增长码距，验证不对率随码距减小；（四）演示不对率脚够低的逻辑比特及其门操作，终极扩大到脚够年夜的范围，从而完成通用容错量子计较。
本年10月，Lukin传授团队正在《天然》杂志发文[2]，报导了正在多达60个铷-87原子的阵列中完成了99.5%保真度的双比特纠缠门，凌驾了名义码的纠错阈值。该论文的第一作者S. Evered说：“咱们的不对率此刻曾经脚够低了，要是咱们把原子组合成逻辑量子比特——信息非局域地存储正在构成原子之间——这些逻辑量子比特的不对率以至可能比单个原子的不对率还要低。”
基于先前事情的技能堆集，构建逻辑量子比特的假想正在本次事情中患上以完成。研究职员起首正在一个真空容器中放入数千个中性铷原子，然后哄骗激光以及磁场将原子冷却到靠近相对零度的温度。正在这些前提下，可以经由过程激光来很是准确地节制原子的量子态。研究职员起首从原子中构建了280个物理量子比特，然后应用另外一个激光脉冲将这些原子分组分批纠缠正在一路，经由过程并行的物理量子比特纠缠操作制备以及操作逻辑量子比特。这一事情哄骗了进步前辈的中性原子阵列量子计较处置惩罚器，其联合了数百个量子比特、高保真度双比特门、肆意毗连性、彻底可编程的单量子比特扭转以及路线中读出等特色。该体系还包括了对可重构中性原子阵列的硬件高效节制，和对整组逻辑量子比特采纳的间接并行节制。这类并行节制极年夜地升高了节制损耗以及履行逻辑操作的庞大度。
QuEra的新量子计较机是向实用设备迈出的要害一步
图片来历：QuEra
这项新事情展示了如下要害进展：
· 创立以及纠缠迄今为止码距最年夜的逻辑量子比特，演示了码距最高为7的名义码。
· 经由过程节制280个物理量子比特，构建了40个码距为3的颜色码（color code）量子比特。并制备了4个逻辑量子比特间的GHZ态，间接丈量保障度为72%，后抉择保真度为99.8%。
· 完成了48个用于履行采样路线的小型逻辑量子比特，经由过程探丈量子不对的产生并举行后抉择，其计较机能凌驾了应用物理量子比特履行不异算法时的机能。然而，受限于量子比特的范围以及把持精度，该处置惩罚器还没有到达“量子计较优胜性”。
基于该结果，下一步无望展示随码距的增长而减小不对率，为完成不对率脚够低的逻辑比特及其门操作奠基根蒂根基。Lukin传授以为：“量子纠错以及容错的基本思惟起头结出果实……只管咱们对将来的应战有清醒的熟悉，但咱们估计这一新的进展将年夜幅加快年夜范围、实用的量子计较机的成长，使下一阶段的发明以及立异成为可能。”
论文链接：
[1] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06927-3
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06481-y
报导链接：
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