科学家称，到2027年，世界“性能最好”的量子计算芯片将用于机器

新的离子陷阱芯片避开了激光器，转而采用可以在现有半导体工厂批量生产的集成电路。

英国科学家表示，他们已经开发出世界上性能最好的量子计算芯片，到2027年，它可能会被用于“实用的”量子计算机。

新芯片使用集成控制单元来调节量子比特的状态，与典型的量子芯片不同，它可以使用传统的半导体制造工艺进行批量生产。

该技术的关键在于如何处理量子比特，即量子计算中的基本信息单位。

在量子计算机中控制量子比特的一种方法是捕获离子技术。这涉及到在电磁场中隔离单个带电原子（离子）—— 被称为离子阱 —— 并使用激光精确控制它们的量子态。这样就可以操纵离子，并将其用作量子比特来存储和处理量子信息。

虽然捕获离子技术在保持量子比特稳定方面是有效的，但由于激光技术的成本和复杂性，它不具有可扩展性或实用性。

但是牛津离子公司开发的一种新芯片完全避开了激光，使用专利的“电子量子位控制”系统来调节被捕获离子的状态。科学家们在一份声明中说，因为控制量子比特所需的一切都集成在硅中，所以这种新芯片更可靠，也更容易大规模生产。

研究人员声称，在测试中，新芯片的性能是现有记录保持者的两倍，而使用的量子比特却少了10倍。研究结果于7月10日发表在预印本服务器arXiv上。

“当你建造一台量子计算机时，性能和尺寸一样重要 —— 如果不能产生准确的结果，增加量子比特的数量就没有意义，”研究报告的合著者、牛津离子学公司的联合创始人兼首席技术官汤姆·哈蒂在声明中说。

“我们现在已经证明，我们的方法已经在量子计算中提供了迄今为止最高水平的性能，现在已经达到了开始释放量子计算商业影响所需的水平。对于我们的团队来说，这是一个令人难以置信的激动人心的时刻，对于量子计算将对整个社会产生的积极影响来说也是如此。”

“火箭飞船进场”

在这项研究中，牛津离子公司微型制造了一个只有几微米宽的离子阱，它构成了量子芯片的基础。

研究人员测量芯片的性能，是通过它执行被称为门保真度的操作的精确程度来衡量的，门保真度是衡量量子门（量子电路的组成部分，类似于经典计算中的逻辑门）与理想理论操作的接近程度。

科学家们表示，他们的芯片实现了99.9992%的单量子比特门保真度和99.97%的双量子比特门保真度，他们声称，这是迄今为止所有量子芯片中报道的最高保真度，而且不需要纠错。

“从一开始，我们就采取了‘火箭飞船’的方法 —— 首先解决真正困难的挑战，专注于建立强大的技术，”研究报告的合著者、牛津离子公司的联合创始人兼首席执行官克里斯·巴兰斯在声明中说。“这意味着使用新颖的物理和智能工程来开发可扩展的高性能量子比特芯片，这些芯片不需要纠错就能得到有用的应用，并且可以在传统的半导体芯片上进行控制 …… 我们现在能够专注于我们技术的商业化，并大规模提供有用的量子计算。”

牛津离子公司将把芯片架构交付给英国国家量子计算中心（NQCC），作为其量子计算试验台项目的一部分。

NQCC主任迈克尔·卡斯伯特在声明中表示：“我们非常兴奋地看到这将如何部署，以及我们如何能够将这些超高性能量子比特用于算法和新应用的开发。”

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