纳米技术现在 - 新闻稿：探测高保真量子处理器的内部工作：科学家使用门设置层析成像来发现和验证硅值突破

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一个硅量子处理器，其中电子自旋量子置子（蓝色）可以在两个磷核自旋矩（红色）之间进行通信。研究人员使用门设置断层扫描表明处理器的逻辑门超过99％的忠诚度。信用图片由桑迪亚国家实验室和联合国悉尼提供。

抽象的：
科学
用硅构建的微小量子计算处理器最终超过了某些逻辑操作（“门）”的99％保真度。以不可能在经典计算机上进行的方式进行计算。保真度是衡量现实生活Qubits的最终量子状态的衡量标准。如果逻辑门的保真度太低，则计算会失败，因为错误会比纠正更快的速度累积。容忍故障的量子计算的阈值超过99％。三个研究组证明了两个硅Qubits之间的逻辑门超过99％的保真度。这需要精确测量故障率，识别错误的性质和原因，并对设备进行微调。研究人员使用了一种称为Gate Set Setography的技术来实现这一目标。在三个实验中。该技术结合了许多单独的实验的结果，以创建每个逻辑门中错误的详细快照。研究人员能够精确确定不同来源产生的误差，并微调门以达到1％以下的错误率。

探测高保真量子处理器的内部运作：科学家使用门套层扫描来发现和验证硅值突破

华盛顿特区|发表于2022年3月25日

影响
量子计算可能能够解决某些问题，例如预测新分子的行为，速度比当今计算机快得多。为此，研究人员必须建立量子位，工程师之间的精确耦合，并将系统扩展到数千或数百万量子位。研究人员期望用硅制成的Qubits比当今的测试式量子计算机中使用的量子比量子的比例更好，后者依赖于被困的离子或超导电路。实现高保真逻辑门为基于硅的测试台量子计算机打开了大门。它还展示了详细的错误表征的功能，以帮助用户查明错误模式，然后解决或消除它们。

概括
Qubits�受保护，可控制的2态量子系统�位于量子计算的核心。量子计算处理器是通过组装至少两个（希望有一天或数百万）量子的数组，并具有一个可以在每个量子上和两对量子之间执行逻辑门的集成控制系统。它们的性能和能力受到逻辑门错误的限制。高保真门的错误率较低。一旦错误率小于一定的阈值�科学家认为约为1％�量子误差校正原则上就可以进一步降低它。在实验室实验中击败这个门槛是任何量子技术的主要里程碑。

对于量子误差校正，发生了什么样的错误也很重要。有些错误更容易消除或纠正；其他人可能是致命的。来自能源部（DOE）资助的量子量度绩效实验室的量子计算研究人员与澳大利亚实验物理学家合作设计了一种针对3 Qubit Silicon Qubit Processor定制的新型Gate Set层摄影术。他们用它来测量六个逻辑门中每一个中的240种不同类型的可能错误的速率。在这些可能的错误中，实验中没有发生95％，其余错误总计不到1％。日本和荷兰的研究小组同时报道了类似的结果，荷兰集团还使用DOE资助的Pygsti Gate Set Set Setography软件来确认其演示。

资金
桑迪亚（Sandia）的这项合作工作的一部分是由多个来源资助的。其中包括能源部科学办公室，高级科学计算研究办公室（ASCR）量子测试床探路者计划，ASCR早期职业研究计划和国家量子信息科学研究中心（量子系统加速器）。

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联系人：
迈克尔教堂
美国能源部/美国能源部

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