來自俄勒岡大學的兩名物理學家，剛剛概述了控制量子計算構建塊的新技術，推動此類計算機向著更加準確和潛在效用邁出了重要一步。 作為離子實驗室的創始人，David Allcock 與 David Wineland 也是新論文的 12 位作者之一。 文章基於科羅拉多州博爾德市國家標準與技術研究所（NIST）的一項實驗，且兩位科學家都曾在這裡工作。

資料圖（來自：IBM Q System）

2018 年的時候，兩人來到了俄勒岡大學、並繼續在該專案上開展合作。 在《自然》雜誌上一篇文章中，研究團隊詳細介紹了在量子計算與類比中使用俘獲量子比特的相關技術。

物理學家表示，儘管新技術有助於推動操作方面的改進，但量子計算機仍會產生太多計算錯誤、使之難以成為一款有效的工具。 David Allcock 指出：

問題出在量子計算機的邏輯門上 —— 作為用於在計算機中執行基礎邏輯功能的工具 —— 其表現著實相當糟糕。

它們在大約 1% 的時間里會失敗，只需大約 100 次操作，就會帶來垃圾數據。

目前整個量子計算領域都處於早期階段，且受制於錯誤，我們無法在機器上開展冗長的計算、或有價值的類比。

而我們的目標，就是在沒有錯誤的情況下開展上萬次操作，然後添加多層檢查、以在發生錯誤時進行修復。

研究配圖 – 1：實驗設置

Wineland 表示，被困住的離子，就像是一碗具有一定磁性的彈珠。 Allcock 補充道，物理學家們可藉助不同的方法對離子施力，比如相當昂貴且複雜的鐳射器。

相比之下，基於磁力方案的邏輯門不僅更加實惠、實用，且能夠直接在積體電路上生成。 在這項新研究中，他們的主要工作，就是讓新技術達到與之前任何人做過的邏輯門一樣有效工作的水準。

目前以Google和IBM為代表的商業科技巨頭，正好擁有大量工程師可解決這方面的問題。 而學術物理學家們，正在試圖證明有更好、更基礎的技術來攻克難關。

研究配圖 – 2：糾纏操作的魯棒性

Allcock 指出：「我們已經證明瞭大家可藉助技術上更簡單的方式來做到這一點」。。

Wineland 亦表示，若物理學家和工程師們能夠使量子計算機足夠可靠、並能夠以足夠大的容量運行，他們就能夠開展其它系統類比。

例如，量子計算機可類比藥物治療中使用的分子的作用，而無需在實驗室中辛苦合成。

研究配圖 – 3：糾纏態保真度分析

即便如此，Wineland 還是相當謙虛地表示：「目前已有一些非常實用、有用的結果，但我們也只是觸及到了該領域的一些皮毛」。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然》（Nature）雜誌上，原標題為《High-fidelity laser-free universal control of trapped ion qubits》。