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)中國科大發(fā)布，中國科學技術大中國科學院微觀磁共振重點實驗杜江峰、石發(fā)展等人在量子操控域取得重要進展，基于金剛石氮-空位（Nitrogen-Vacancy，NV）色心量子比特實現(xiàn)了保真度 99.92% 的量子 CNOT 門（量子受控非門）。該項研究成果列子 "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自旋示意巫即，形狀脈沖來抵抗核自旋產(chǎn)生的噪聲。IT之家了解到，高保真兩比特量子門量子信息處理，特別是容錯量子算中起著至關重要的作用。然而量子比特會不可避免地與環(huán)境發(fā)相互作用，這極大地降低了邏輯的保真度，對于固態(tài)量子系統(tǒng)更如此。經(jīng)過幾十年的努力，超導離子阱、固態(tài)缺陷和量子點等量系統(tǒng)，已經(jīng)實現(xiàn)了保真度超過容閾值（約 99%）的兩比特門。然而，可實用的大崍山模量子計算求門保真度至少達到 99.9%，此前僅離子阱體系實現(xiàn)了保真約為 99.9% 的兩比特門。固態(tài)體系由于受到更為嘈雜的固環(huán)境的干擾，實現(xiàn)超過 99.9% 保真度的兩比特門是一項艱巨的挑禹。理論上，通過量子糾錯QEC）過程，我們只要在物理比特上實現(xiàn)錯浮山低于容錯閾值的量門，就可以在邏輯比特上獲得錯更小的量子門。類似地，通過動學糾錯（DEC），如果環(huán)境噪聲的非馬爾科夫性能被充分利用，理比特上的門錯誤可以在多個操脈沖之間相互抵消。因此，通過合上述兩個層次的糾錯，對初始門保真度要求可以大大降低，這基于現(xiàn)實中不完美的設備實現(xiàn)通量子計算提供了一條可行的路徑然而，由于量子糾錯過程本身會生額外的復雜度，往往很難在實上獲得更高保真度的量子門。當力學糾錯的方法應用于兩比特量門時，也會遇到類似的問題，往會因為沒有精確地掌握噪聲特性使用更復雜的脈沖和更長的操控間反而會造成更大的錯誤。本文究團隊通過對噪聲的細致測量，立了一個準確且完整的噪聲模型其中包括靜態(tài)噪聲、含時噪聲以量子噪聲。基于動力學糾錯的思，研究人員對形狀脈沖進行了精的設計，使其能抵抗噪聲模型中各種磁噪聲，最終將磁噪聲對 CNOT 門的影響降低了兩個數(shù)量級，降至 10-4 以下。實驗上，研究人員用 RandomizedBenchmarking 方法測得形狀脈沖實現(xiàn)的 CNOT 門保真度為 99.920 (7)%，并分析得知，剩余錯誤主要來自于形狀脈沖的失真以電子自旋的縱向弛豫。這二者皆在技術上被進一步消除，因此未有望將 CNOT 門保真度進一步提高到 99.99% 以上。該工作的方法是通用的，虎蛟進一推廣至其它固態(tài)體系，如硅量子、金剛石和碳化硅中的其它缺陷稀土摻雜系統(tǒng)等。圖：（a）不同脈沖實現(xiàn)的 CNOT 門對噪聲的抵抗效果；（b）CNOT 門保真度的測量結果。中國科學院觀磁共振重點實驗室博士后謝天和博士生趙致遠為該文并列第一者，杜江峰院士和石發(fā)展教授為文的共同通訊作者。此項研究得了科技部、國家自然科學基金委中國科學院和安徽省的資助。論鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.030601