理研科学家实现对五个硅自旋量子比特的同步高精度控制

日本理化学研究所（RIKEN）新兴物质科学中心的研究人员及其合作者在硅基量子计算领域取得重要进展，相关成果发表于《自然·物理学》（Nature Physics）杂志。该团队通过一条共享的微波控制线路同时操控五个硅自旋量子比特，每个量子比特的单比特门保真度均远高于99.99%，最高接近99.999%。当最多三个量子比特同时激活时，保真度保持在99.99%以上。当全部五个量子比特同时受控时，精度保持在约99.9%，接近实现实用容错量子计算所需的水平。

该团队攻克的核心难题是“交流斯塔克位移”（AC Stark shift）：微波控制信号会改变量子比特的有效能级，从而引入不必要的相位偏移，在多个量子比特同时运行时降低精度。为解决这一问题，研究人员设计了一种两两校准方法——不必逐一测绘量子比特所有可能的组合，而是利用成对量子比特之间的校准来补偿不必要的相位偏移，使该方法在更大规模的系统中也切实可行。

理研的共同第一作者莱昂·卡门辛德（Leon Camenzind）表示，研究结果表明“即使在多个量子比特同时运行的情况下，也能保持高精度控制”。第一作者吴宜贤（Yi-Hsien Wu）在其博士研究中完成了这些实验，他指出，两两校准策略避免了为每一种量子比特组合单独进行校准的必要。

研究中仍存在一些残余误差，其原因被归结为并行操作所需的更高微波功率引起的驱动诱导去相干——团队表示，改进器件设计有望解决这一局限。硅自旋量子比特与现有的半导体制造工艺兼容，使其成为扩展量子处理器规模的一个前景广阔的平台。