发表《Nature》！哈佛大学团队成功研发自纠错量子计算机

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量子计算机能达到当今最快的超级计算机也无法达到的速度和效率。然而，该技术尚未大规模推广和商业化，很大程度上是因为它无法自我纠错。与经典计算机不同，量子计算机无法通过一遍又一遍地复制编码数据来纠正错误，科学家们不得不寻找其它纠错方法。

近日，《Nature》杂志上的一篇新论文阐述了哈佛大学团队利用量子计算平台如何解决长期存在的量子纠错问题。

哈佛大学团队的领导者是量子光学专家Mikhail Lukin，他是哈佛大学约书亚—贝丝·弗里德曼校级物理学教授，也是哈佛量子计划的联合主任。《Nature》杂志报道的这项工作是哈佛大学、麻省理工学院和波士顿QuEra计算公司之间的合作成果。物理学教授Markus Greiner的团队也参与其中。

经过过去几年的努力，哈佛大学团队设计了一系列温度极低的激光捕获铷原子。每个原子都充当一个量子比特，可以执行极快的计算。

哈佛大学物理学家Mikhail Lukin（前）和Markus Greiner（后）正在使用量子模拟器。

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该团队的主要创新是在计算过程中，他们的“中性原子阵列”能通过移动和连接原子来动态改变其布局，这在物理学术语中称为“纠缠”。纠缠原子对的操作称为双量子比特逻辑门。

在量子计算机上运行复杂的算法需要许多门。然而，这些门操作是出了名的容易出错，并且错误的累积会使算法变得毫无用处。

在新论文中，该团队报告了其两量子比特纠缠门的近乎完美的性能以及极低的错误率。他们首次展示了以低于0.5%的错误率纠缠原子的能力。在操作质量方面，他们的技术性能与其他领先的量子计算平台（例如超导量子比特和离子阱量子比特）不相上下。

然而，比起竞争对手，凭借其庞大的系统规模、高效的量子比特控制以及动态重新配置原子布局的能力，哈佛大学的研究方法具有重大优势。

论文第一作者Simon Evered说：“我们已经确定这个平台的物理误差足够低，如果我们将原子组合成逻辑量子比特，这些经过量子纠错的逻辑量子比特的错误率甚至可能比单个原子更低。”

哈佛大学团队的进展与前哈佛研究生Jeff Thompson（现就职于普林斯顿大学）和前哈佛博士后研究员Manuel Endres（现就职于加州理工学院）领导的其他创新一起发表在同一期《Nature》杂志上。总而言之，这些进步为量子纠错算法和大规模量子计算奠定了基础。所有这些都意味着中性原子阵列上的量子计算正在展现其客观前景。

Lukin说：“这些贡献为可扩展量子计算领域的特殊机会打开了大门，并为整个领域带来了真正激动人心的时刻。”

该研究得到了多项支持，包括美国能源部量子系统加速器中心、超冷原子中心、美国国家科学基金会、陆军研究办公室多学科大学研究计划、以及 DARPA的含噪声中等规模量子计算机优化计划。

编译：卉可

编辑：慕一

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