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​（图片来源：网络）

近期，美国研究团队开发了一款可编程的逻辑量子处理器，并展示了可靠且可扩展的量子计算所需的关键要素，该成果已发表于《Nature》期刊（doi：10.1038/s41586-023-06927-3）。

通过在逻辑量子比特中编码信息，并利用一些物理量子比特来纠正那些限制量子计算机性能的错误，该量子处理器可以执行数百个门操作并运行大规模的量子算法。

从物理量子比特到逻辑量子比特

这一可编程的结构被称为“中性原子阵列”，它由从光镊中捕获的超低温铷原子阵列组成。原子的量子态通过一系列声光偏转器（AOD）控制和操纵，这些偏转器通过可以创建大型可重构的光束网格，来实现量子比特之间的任意连接。实验表明，该系统中的物理量子比特可以被纠缠，以产生低错误率的2个量子比特门操作。

在这项研究中，美国哈佛大学的Mikhail Lukin和他的同事利用光学复用技术从280个物理量子比特中创建了48个逻辑量子比特，相较于其他只创建了2个逻辑量子比特和单个纠缠门的演示，Mikhail Lukin团队的研发成果更具优势。

多路复用方案利用AOD产生光束，照亮单个逻辑单元内的所有物理量子比特，并让这些物理量子比特同时执行相同的操作。

该方法在本质上具有容错性，因为逻辑块中的每个物理量子比特都是独立处理的，所以能够有效防止物理误差转化为逻辑错误。该团队还采用了另一种与该方法类似的策略，成功实现在单个并行步骤中为逻辑量子比特创建容错纠缠门。

保真度从72%提升至99%

研究人员通过利用纠缠门创建基于最大纠缠态（GHZ）的逻辑量子比特的方法进行了测试。实验结果显示，容错算法的保真度高达72%，后处理纠错的保真度则超过了99%。此外，团队还配置了复杂的逻辑电路，用于运行一种特定算法。结果均表明，纠错技术可以提高量子模拟的性能。

Mikhail Lukin对此表示：“我们预计这一新进展将加快大规模实用量子计算机的发展进程。”该团队人员认为，通过优化控制方法并提高激光功率，他们目前的研发结构能够较为容易地扩展至超过10,000个量子比特。

编译：琳梦

编辑：Brightny

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