硅中的三重纠缠标志着量子计算机的重大突破

量子计算机有朝一日可以在许多类型的任务上胜过传统机器，但障碍仍然存在。现在，的物理学家首次成功地将三个硅量子点纠缠在一起，这一突破可能有助于使量子计算机更加实用。

量子计算机利用量子物理学的奇怪世界来大幅提高计算机的处理能力和速度。信息以与传统计算机中的位类似的方式在量子位 (qubit) 中编码，除了可以以一些意想不到的方式操纵量子位。

其中之一是量子纠缠，它描述了粒子群可以变得如此交织的现象，如果你检查一个粒子的属性，你不仅可以推断出它的伙伴(或多个伙伴)的属性，而且实际上影响它，无论如何他们可能相距甚远。爱因斯坦本人对这个想法感到困惑，称其为“幽灵般的远距离作用”，最初将其作为量子力学模型不完整的证据。

在量子计算机的背景下，纠缠量子位允许数据通过它们传输和处理得更快，并改进纠错。大多数时候，量子比特都是成对纠缠的，但现在理研研究所的研究人员已经成功地将三个硅量子比特纠缠在一起。

在这种情况下，量子位由称为量子点的小硅圆组成。它们是量子计算机中量子位的主要候选者之一，不仅因为硅已经在电子产品中得到广泛应用，而且因为这些量子点在很长一段时间内都是稳定的，可以精确控制，在更高的温度下运行，并且可以相对容易地缩放。纠缠三个硅量子位是实现所有这些好处的重要一步，但到目前为止仍然遥不可及，尽管过去的研究已经成功地将三个光子纠缠在一起。

“双量子位操作足以执行基本的逻辑计算，”该研究的第一作者 Seigo Tarucha 说。“但三量子位系统是扩大和实施纠错的最小单位。”

新设备由三个量子点组成，通过铝门控制。每个量子点都包含一个电子，它通过其自旋状态代表二进制 1 或 0，无论它在任何给定时间向上还是向下。磁场梯度使量子位的共振频率保持独立，因此它们可以单独寻址。

为了让三个量子位纠缠在一起，该团队首先将其中两个纠缠在一起，使用称为双量子位门的量子计算机的公共单元，然后他们将第三个量子位与这个门纠缠在一起。由此产生的三量子位阵列具有 88% 的高保真度，这表明量子位在测量时处于“正确”状态的概率。

该团队表示，这种强大的纠缠对于纠错最有用。在量子计算机中，量子位倾向于随机翻转状态并丢失其存储的信息，而在传统计算机上运行良好的校正方法不适用于量子系统。其他量子芯片设计使用九个量子位的网格来相互监视，而IBM 的纠错使用非纠缠量子位来检查它们的纠缠邻居。

“我们计划使用三量子位设备演示原始错误校正，并制造具有 10 个或更多量子位的设备，”Tarucha 说。“然后我们计划开发 50 到 100 个量子位并实施更复杂的纠错协议，为十年内大规模量子计算机铺平道路。”

该研究发表在《自然纳米技术》杂志上。

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