悉尼大学量子计算结果创造世界纪录！

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利用悉尼大学纳米研究所和物理学院量子物理学家的理论工作，在半导体“自旋量子位元”(量子计算机的一种基本组件)方面取得了一项减少误差的世界纪录。新南威尔士大学工程师的实验结果表明，误码率低至0.043%，比任何其他自旋量子比特都低。
（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）悉尼大学和新南威尔士大学的研究小组在《自然电子》上发表了这篇联合研究论文，而且上了封面！这篇论文的通讯作者斯蒂芬·巴特利特教授说：在量子计算机可以扩展成有用的机器之前，减少误差是必要的。

博科园：一旦量子计算机大规模运行，就能实现自己的伟大承诺，解决甚至是最大的超级计算机也无法解决的问题。这将有助于人类解决化学、药物设计和工业方面的问题。有许多类型的量子比特，或量子位，从那些使用捕获离子，超导环或光子。自旋量子比特是一种量子比特，它根据量子物体(如电子)的量化磁性方向来编码信息。澳大利亚，尤其是悉尼，正在成为量子技术的全球领导者。现今宣布资助悉尼量子学院的成立，突显出澳大利亚建立量子经济的巨大机遇，澳大利亚是全球最大的量子研究集团聚集地，总部位于悉尼
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  W  g& i2 ^1 |* B  n1 s虽然量子计算的焦点主要集中在硬件进步上，但是如果没有量子信息论的发展，这些进步都是不可能实现的。由Stephen Bartlett教授和Steven Flammia教授领导的悉尼大学量子理论小组是量子信息论的世界强国之一，它使全球工程和实验团队进行艰苦的物理进展，以确保量子计算成为现实。悉尼量子理论小组的研究工作对《自然电子》上发表的世界纪录结果至关重要。巴特利特教授说：由于错误率如此之小，新南威尔士大学的研究小组甚至需要一些非常复杂的方法来检测错误率。由于错误率如此之低，需要日复一日地运行数据，只是为了收集统计数据，以显示偶尔出现的错误。
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, |( }; S* ?0 ?) |/ @/ j4 r+ N一旦发现错误，就需要对其进行定性、消除和重新定性。弗拉米娅的团队在错误特征理论方面处于世界领先地位，而错误特征理论正是用来实现这一结果。Flammia小组最近首次演示了量子计算机的改进，使用IBM Q量子计算机设计的代码来检测和丢弃逻辑门(或开关)中的错误。新南威尔士大学研究小组负责人安德鲁·祖拉克教授说：与巴特利特教授和弗拉米亚教授以及团队合作帮助我们了解在新南威尔士大学的硅cmos量子比特中发现的错误类型，这是非常宝贵的。首席实验人员亨利·杨(Henry Yang)与他们密切合作，实现了99.957%的保真度，这表明我们现在拥有世界上最精确的半导体量子位元。

巴特利特教授说，杨亨利的世界纪录可能会持续很长一段时间。现在新南威尔士大学的团队和其他团队将致力于在硅cmos中构建两个量子比特和更高水平的阵列。功能完备的量子计算机将需要数以百万计的量子位元来运作，现在设计低误差量子位元是扩展到这类装置的关键一步。雷蒙德·拉弗拉姆教授是加拿大滑铁卢大学量子信息系主任说：随着量子处理器变得越来越普遍，悉尼大学巴特利特小组开发了一种重要的工具来评估它们。它使我们能够描述量子门的精度，并使物理学家能够区分非相干和相干错误，从而实现对量子位元的空前控制。
全球影响

悉尼大学和新南威尔士大学的这一联合研究结果出炉前不久，同一量子理论团队与哥本哈根尼尔斯玻尔研究所(Niels Bohr Institute)的实验人员发表了一篇论文。这一结果发表在《自然通讯》(Nature Communications)上，它允许电子之间通过介质进行远距离的信息交换，提高了自旋量子比特量子计算机的放大结构前景。这个结果意义重大，因为它允许量子点之间的距离足够大，可以集成到更传统的微电子技术中。这一成果是美国哥本哈根、悉尼和普渡大学的物理学家共同努力的成果。

  P0 M7 X! J& R# r6 x/ C主要的问题是，要让量子点相互作用，它们之间的距离必须非常接近纳米。但在这个距离上，它们相互干扰，使得该设备难以调整，无法进行有用的计算。解决办法是让纠缠的电子通过一个电子“池”来传递它们的信息，把它们进一步分开。这有点像有一辆巴士：一种允许远距离自旋相互作用的大介质。如果你能允许更多的自旋相互作用，那么量子结构就能转向二维布局。哥本哈根尼尔斯玻尔研究所的副教授费迪南德·库米特说：我们发现，在左右两个点之间有一个大而长的量子点，它在十亿分之一秒内协调了自旋态的相干交换。
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4 G2 s8 y& \5 x  D5 u而电子却从未离开过它们的点。巴特利特教授说：作为一名理论家，我对这个结果感到兴奋的是，它让我们摆脱了量子比特只依赖于其近邻的几何约束。该实验的历史可以追溯到10年前，当时在哈佛大学(Harvard)与人合著的查理•马库斯(Charlie Marcus)教授领导了一个美国情报高级研究项目活动(IARPA)。巴特利特教授说：我们2018年都去哥本哈根参加了一个研讨会，部分目的就是解决这个问题。
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论文作者之一托马斯•埃文斯(Thomas Evans)在Office for Global Engagement的支持下，在那里呆了两个月。OGE也支持Arne Grimsmo博士，他正在从事另一个项目。当得到OGE的资助时，这个实验和我们的讨论已经取得了很大进展。但是正是这个研讨会和它的资金使得悉尼团队能够前往哥本哈根，根据这个结果计划下一代的实验。这种方法允许我们进一步分离量子点，使它们更容易单独调整，并让它们一起工作。既然我们有了这个介质，就可以开始计划一个由这些量子点对组成的二维数组。

博科园-科学科普｜研究/来自: 悉尼大学
参考期刊文献:《Nature Communications》,《Nature Electronics》
: s" ^$ Q6 r- v, K" GDOI: 10.1038/s41928-019-0234-1
1 C7 I( g6 b/ V博科园-传递宇宙科学之美
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