芬蘭艾斯波--(美國商業資訊)--來自IQM Quantum Computers、阿爾托大學(Aalto University)和芬蘭國家技術研究中心(VTT)的一個科學家小組發現了一種新的超導量子位元unimon，可提高量子計算的準確性。該團隊已經實現了首保真度達99.9%的unimon的量子邏輯門，這是建造商用量子電腦過程中的一個重要里程碑。這項關鍵研究近日發表在《自然-通訊》(Nature Communications)期刊上。
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在建造實用型量子電腦的所有不同方法中，超導量子位元處於領先位置。然而，目前採用的量子位元設計和技術尚無法為實際應用提供足夠高的效能。在當前雜訊中等規模量子(NISQ)時代，可實現的量子計算的複雜性大多受限於單量子門和雙量子門的誤差。量子計算需要變得更加精確才能發揮實際作用。
負責領導此次研究的Mikko Möttönen是阿爾托大學和VTT的量子技術聯合教授，也是IQM Quantum Computers的共同創辦人兼首席科學家。他表示：「我們的目標是建造能夠在解決現實問題中展現優勢的量子電腦。今天發布的公告是IQM的一個重要里程碑，也是建造更出色的超導量子電腦過程中的一項重大成就。」
IQM今日宣布推出一種新的超導量子位元類型unimon。新量子位元在單一電路中結合了以下理想特性：增強的非簡諧效應、對直流電荷雜訊完全不敏感、對磁雜訊的更低敏感性，以及僅由諧振器中的單個約瑟夫接面(Josephson junction)組成的簡單結構等。該團隊在三個不同的unimon量子位元上讓速度為13奈秒的單量子位門實現了從99.8%到99.9%的保真度。
來自IQM、正在攻讀博士學位的Eric Hyyppä表示：「由於非簡諧效應或非線性高於transmon，我們可以加快unimon的操作速度，從而減少每次操作的誤差。」
為了在實驗中證明unimon，科學家們設計並製造了相關晶片，每枚晶片由三個unimon量子位元組成。除了約瑟夫接面，他們還使用了鈮作為超導材料，其中的超導引線採用鋁製成。
Möttönen教授表示：「我要感謝並祝賀Eric和其他團隊成員，他們為這一重大成就做出了不懈努力。」
該團隊測量到unimon量子位元具有相對較高的非簡諧效應，同時只需要單一約瑟夫接面，不需要任何超導體，並具有防雜訊能力。與傳統的fluxonium或quarton量子位元中採用接合陣列的超導體相比，unimon的幾何電感有可能獲得更高的可預測性和效益。
Möttönen教授補充道：「儘管unimon很簡單，但比transmon更有優勢。事實上，第一個unimon的表現非常優秀，同時提供了大量的最佳化和重大突破空間。下一步我們將最佳化設計，改善雜訊保護，並驗證雙量子位元邏輯門。」
IQM的商用量子電腦仍然使用transmon量子位元。透過transmon，IQM已經能夠提供現場量子電腦。例如，作為與芬蘭國家技術研究中心共同創新專案的一部分，IQM正在建造芬蘭的第一台54量子位元量子電腦；IQM主導的聯盟Q-Exa也正在德國建造一台20量子位元量子電腦，成成後將整合到一台超級電腦之中。現在發明的unimon是一種替代量子位元，有望在未來提高量子計算精度。
Möttönen教授總結道：「我們的目標是進一步改進unimon的設計、材料和閘控時間，以便突破99.99%的保真度大關，實現真正實用的雜訊系統量子優勢和高效率量子錯誤校正。那將是量子計算界的一個振奮人心的時刻！」
關於IQM Quantum Computers：
IQM是建構量子電腦的泛歐品類領導者。IQM為超級計算資料中心和研究實驗室提供內部量子電腦，並提供對其硬體的全方位存取。對於工業客戶，IQM致力於透過獨特的、針對具體應用的聯合設計方法發揮量子優勢。IQM目前與VTT聯手建造芬蘭第一台54量子位元量子電腦。此外，一個由IQM領導的聯盟(Q-Exa)正在德國建造量子電腦，該量子電腦將整合到HPC超級電腦中，為未來的科學研究打造量子加速器。IQM在巴黎、馬德里、慕尼黑和艾斯波設有辦事處，擁有200多名員工。
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圖：量子處理器中的unimon量子位元的效果圖。圖片提供：Aleksandr Kakinen。（圖片：美國商業資訊）
