世界“性能最佳”量子计算芯片有望在 2027 年进入机器领域

新的离子阱芯片避开了激光器，采用了可以在现有半导体工厂大规模生产的集成电路。

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英国科学家表示，他们已经开发出了世界上性能最好的量子计算芯片，并且有望在 2027 年成为“可用”的量子计算机。

新芯片使用集成控制单元来调节量子位的状态，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。

该技术的关键在于它如何处理量子比特，即量子计算中信息的基本单位。

控制量子计算机中的量子位的一种方法是捕获离子技术。这涉及在电磁场（称为离子陷阱）中隔离单个带电原子（离子），并使用激光精确控制它们的量子态。这样做允许离子被操纵并用作量子位来存储和处理量子信息。

虽然俘获离子技术可以有效保持量子位稳定，但由于激光技术的成本和复杂性，它无法扩展或实用。

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但牛津离子公司开发的一款新芯片完全避开了激光，使用获得专利的“电子量子位控制”系统来调节捕获离子的状态。科学家们在一份声明中表示，由于控制量子位所需的一切都集成到了硅中，因此新芯片更加可靠且更容易大规模生产。

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，同时使用的量子位减少了十倍。结果于 7 月 10 日发布在预印本服务器 arXiv 上。

研究合著者、联合创始人兼首席技术官 Tom Harty 表示：“当你构建量子计算机时，性能与尺寸一样重要——如果不能产生准确的结果，增加量子位的数量就毫无意义。”牛津离子学公司在声明中说。

“我们现在已经证明，我们的方法已经提供了迄今为止量子计算中最高水平的性能，并且现在已经达到了开始释放量子计算商业影响所需的水平。这对我们的团队和对我们来说都是一个令人难以置信的激动人心的时刻。量子计算将对整个社会产生积极影响。”

“火箭飞船接近”

在这项研究中，牛津离子公司微制造了一个直径只有几微米的离子阱，这构成了其量子芯片的基础。

研究人员通过芯片执行称为门保真度的操作的准确程度来衡量芯片的性能，这是衡量量子门（量子电路的构建块，类似于经典计算中的逻辑门）的紧密程度的指标。符合其理想的理论操作。

科学家们表示，他们的芯片实现了 99.9992% 的单量子位门保真度和 99.97% 的双量子位门保真度（他们声称这是迄今为止所有量子芯片报告的最高保真度），并且不需要纠错 。

“从一开始，我们就采取了‘火箭’方法——首先通过解决真正困难的挑战来专注于构建强大的技术，”研究合著者、牛津大学联合创始人兼首席执行官克里斯·巴兰斯 (Chris Ballance) Ionics 在声明中表示。 “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位芯片，这些芯片不需要纠错即可获得有用的应用，并且可以在经典的半导体芯片上进行控制......我们现在能够专注于量子位的商业化我们的技术并大规模提供有用的量子计算。”

作为其量子计算测试平台计划的一部分，Oxford Ionics 将向英国国家量子计算中心 (NQCC) 提供芯片架构。

NQCC 主任 Michael Cuthbert 在声明中表示：“我们非常高兴看到如何部署这一技术，以及如何使用这些超高性能量子位来开发算法和新应用程序”。