感謝IT之家網(wǎng)友 xiaocluoyuzi 的線索投遞！IT之家 1 月 30 日消息，據(jù)中國科大布，中國科學(xué)技術(shù)大中國科學(xué)院微觀磁共重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、發(fā)展等人在量子操控域取得重要進(jìn)展，基金剛石氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心量子比特實(shí)現(xiàn)了保真 99.92% 的量子 CNOT 門（量子受控非門）。該朏朏究成果以 "99.92%-Fidelity CNOT Gates in Solids by Noise Filtering" 為題發(fā)表在《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett.130, 030601（2023）] 上。圖：金剛石石氮-空位色心及其周圍的核旋示意圖，形狀脈沖來抵抗核自旋產(chǎn)生的聲。IT之家了解到，高保真兩比特量子門量子信息處理，特別容錯(cuò)量子計(jì)算中起著關(guān)重要的作用。然而量子比特會(huì)不可避免與環(huán)境發(fā)生相互作用這極大地降低了邏輯的保真度，對于固態(tài)子系統(tǒng)更是如此。經(jīng)幾十年的努力，超導(dǎo)離子阱、固態(tài)缺陷和子點(diǎn)等量子系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)了保真度超過容閾值（約 99%）的兩比特門。然而，可用的大規(guī)模量子計(jì)算求門保真度至少達(dá)到 99.9%，此前僅離子阱體系實(shí)現(xiàn)了保真約為 99.9% 的兩比特門。固態(tài)體系于受到更為嘈雜的固環(huán)境的干擾，實(shí)現(xiàn)超 99.9% 保真度的兩比特門是一項(xiàng)艱的挑戰(zhàn)。理論上，通量子糾錯(cuò)（QEC）過程，我們只要在物理特上實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤低于容閾值的量子門，就可在邏輯比特上獲得錯(cuò)更小的量子門。類似，通過動(dòng)力學(xué)糾錯(cuò)（DEC），如果環(huán)境噪聲的非馬爾科夫性能被分利用，物理比特上門錯(cuò)誤可以在多個(gè)操脈沖之間相互抵消。此，通過結(jié)合上述兩層次的糾錯(cuò)，對初始門保真度要求可以大降低，這為基于現(xiàn)實(shí)不完美的設(shè)備實(shí)現(xiàn)通量子計(jì)算提供了一條行的路徑。然而，由量子糾錯(cuò)過程本身會(huì)生額外的復(fù)雜度，往很難在實(shí)驗(yàn)上獲得更保真度的量子門。當(dāng)力學(xué)糾錯(cuò)的方法應(yīng)用兩比特量子門時(shí)，也遇到類似的問題，往會(huì)因?yàn)闆]有精確地掌噪聲特性，使用更復(fù)的脈沖和更長的操控間反而會(huì)造成更大的誤。本文研究團(tuán)隊(duì)通對噪聲的細(xì)致測量，立了一個(gè)準(zhǔn)確且完整噪聲模型，其中包括態(tài)噪聲、含時(shí)噪聲以量子噪聲?；趧?dòng)力糾錯(cuò)的思想，研究人對形狀脈沖進(jìn)行了精的設(shè)計(jì)，使其能抵抗聲模型中的各種磁噪，最終將磁噪聲對 CNOT 門的影響降低了兩個(gè)數(shù)量級，降至 10-4 以下。實(shí)驗(yàn)上，研究人員用 RandomizedBenchmarking 方法測得形狀脈沖實(shí)現(xiàn)的 CNOT 門保真度為 99.920 (7)%，并分析得知，剩余錯(cuò)誤主要來于形狀脈沖的失真以電子自旋的縱向弛豫這二者皆可在技術(shù)上進(jìn)一步消除，因此未有望將 CNOT 門保真度進(jìn)一步提高到 99.99% 以上。該工作的方法是通用，可進(jìn)一步推廣至其固態(tài)體系，如硅量子、金剛石和碳化硅中其它缺陷、稀土摻雜統(tǒng)等。圖：（a）不同脈沖實(shí)現(xiàn)的 CNOT 門對噪聲的抵抗效果；（b）CNOT 門保真度的測量結(jié)果。國科學(xué)院微觀磁共振點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后謝天和博士生趙致遠(yuǎn)為該并列第一作者，杜江院士和石發(fā)展教授為文的共同通訊作者。項(xiàng)研究得到了科技部國家自然科學(xué)基金委中國科學(xué)院和安徽省資助。論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.030601