超导量子比特上实现6.8纳秒量子操作

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来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

德国于利希研究中心等机构科学家在超导量子比特上实现了一次仅耗时6.8纳秒的量子操作，准确率超过99.98%。在超导量子计算机中，此类操作通常需要几十纳秒。这项工作表明，极短的量子门操作时间与高操作精度可以同时实现，为量子门设定了新基准，也为进一步优化量子系统提供了重要参考。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。

操作速度是量子计算的关键因素。量子比特十分敏感，其量子态只能在有限时间内保持稳定。单个操作越快，就越能在退相干发生前完成更多计算，这对运行复杂算法和实施资源密集型的量子纠错尤为重要。

然而，操控量子比特的微波脉冲越短，所需强度就越高，这也增加了不必要的激发风险。超导量子比特并非只有用于计算的两个能级，还存在更高的非计算能级。如果激发过强，量子比特可能意外跃迁至更高能级。

研究显示，这类多光子跃迁极其危险，因为它们可能在多个计算步骤中持续存在，并损害量子纠错效果。

为此，团队开发了一种专门抑制此类跃迁的方法，关键在于对控制脉冲进行高精度整形。通过类似频率滤波的方式，某些容易引发高能级跃迁的频率分量被抑制，从而使脉冲在触发所需计算操作的同时，几乎不会激发向更高能级的跃迁。这种名为R2D的新方法将不必要多光子跃迁的概率降低到1/20以下。

团队使用微波脉冲完成了两次基本量子操作，每次仅持续6.8纳秒，测量保真度分别为99.981%和99.989%。每次操作中，量子比特无意跃迁至更高能级的概率保持在0.002%以下。

不过，该方法目前仅在单个孤立量子比特上完成测试。仍需进一步实验，验证其在更大规模量子处理器及双量子比特操作中是否同样有效。