哈佛大學的新平台實現了量子運算的重大飛躍，該平台能夠動態重新配置，並在雙量子位元糾纏閘中顯示出較低的錯誤率。最近發表在《自然》雜誌上的一篇論文強調了這一突破，它標誌著在克服量子糾錯挑戰方面取得了重大進展，使哈佛大學的技術與其他領先的量子計算方法並駕齊驅。這項工作是與麻省理工學院等合作完成的，標誌著向可擴展的糾錯量子計算邁出了關鍵一步。

哈佛大學團隊開發的減少誤差的方法解決了擴大技術規模的一個重大障礙。

量子運算技術具有前所未有的速度和效率潛力，其能力甚至大大超過了目前最先進的超級電腦。然而，這項創新技術尚未廣泛推廣或商業化，主要原因是其在糾錯方面有其固有的限制。量子電腦與經典電腦不同，無法透過重複複製編碼資料來修正錯誤。科學家必須另闢蹊徑。

現在，《自然》雜誌上的一篇新論文展示了哈佛大學量子運算平台解決量子糾錯這個長期問題的潛力。

領導哈佛團隊的是量子光學專家米哈伊爾-盧金（Mikhail Lukin），他是約書亞和貝絲-弗里德曼大學物理學教授，也是哈佛量子計畫的共同主任。 《自然》雜誌報導的這項工作由哈佛大學、麻省理工學院和總部位於波士頓的 QuEra Computing 公司合作完成。 George Vasmer Leverett 物理教授 Markus Greiner 的研究小組也參與了這項工作。

經過幾年的努力，哈佛平台建立在一個非常冷的、被雷射捕獲的銣原子陣列上。每個原子就像一個位元（量子世界稱之為”量子位元”），可以執行極快的計算。

研究小組的主要創新是配置他們的”中性原子陣列”，使其能夠透過移動和連接原子（物理學術語稱之為”糾纏”），在計算過程中動態改變其佈局。糾纏原子對的運算稱為雙量子位元邏輯閘，是運算能力的單位。

在量子電腦上運行一個複雜的演算法需要許多閘。然而，這些門操作是出了名的容易出錯，錯誤的累積會使演算法失去作用。

在這篇新論文中，研究小組報告說，其雙量子位元糾纏閘的性能近乎完美，錯誤率極低。他們首次展示了以低於 0.5% 的錯誤率糾纏原子的能力。就運行品質而言，這使他們的技術性能與超導量子位元和困離子量子位元等其他領先類型的量子運算平台不相上下。

優勢與未來潛力

然而，哈佛大學的方法與這些競爭對手相比具有很大的優勢，因為它具有大系統規模、高效的量子位元控制以及動態重新配置原子佈局的能力。

第一作者西蒙-埃弗里德（Simon Evered）是盧金研究小組中哈佛大學格里芬藝術與科學研究生院的學生。他介紹說：”我們現在的誤差率已經夠低了，如果我們把原子組合成邏輯量子位元（資訊在組成原子之間非本地儲存），這些經過量子誤差校正的邏輯量子位元的誤差可能比單一原子還要低。 “

哈佛大學團隊的研究進展與哈佛大學前研究生傑夫-湯普森（Jeff Thompson）（現就讀於普林斯頓大學）和哈佛大學前博士後曼努埃爾-恩德雷斯（Manuel Endres）（現就讀於加州理工學院）領導的其他創新成果在同一期《自然》雜誌上進行了報道。綜合來看，這些進展為量子糾錯演算法和大規模量子計算奠定了基礎。所有這些都意味著，中性原子陣列上的量子運算正展現出其廣闊的前景。

盧金說：”這些貢獻為可擴展量子運算的特殊機會打開了大門，也為整個領域的未來帶來了真正令人興奮的時刻。 “

參考文獻Simon J. Evered、Dolev Bluvstein、Marcin Kalinowski、Sepehr Ebadi、Tom Manovitz、Hengyun Zhou、Sophie H. Li、Alexandra A. Geim、Tout T. Wang、Nishad Maskara、Harry Levine、Giulia Semeghini、Markus Greiner、Vladan Vuletić和Mikhail D. Lukin的”中性原子量子電腦上的高保真並行糾纏門”，2023年10月11日，《自然》。

DOI: 10.1038/s41586-023-06481-y

編譯來源：ScitechDaily