科学家首次在硅片上成功实现三个量子比特同时纠缠

量子纠缠是相干量子态的一个基本属性，也是量子计算的一个重要资源。在大规模的量子系统中，错误的积累需要量子纠错的概念。纠错的第一步是建立真正的多量子比特纠缠，这已经成为量子计算平台的性能基准，如超导电路，陷落离子和钻石中的氮空穴中心。

在大规模量子计算设备的候选者中，硅基自旋量子比特提供了杰出的纳米加工能力，可以进行扩展。在最近的一项研究当中，科学家们已经在一块硅片上实现了三个纠缠的量子比特一起运行。

两个量子位的操作足以进行基本的逻辑计算。但三量子比特系统是扩大规模和实施纠错的最小单位。研究人员说，使用硅点作为他们的量子比特的基础，意味着可以对它们应用高水平的稳定性和控制。硅也使得扩大这些系统的规模更加实用，这也是该团队在未来热衷于做的事情。

研究团队首先将两个量子比特纠缠在一起，也就是所谓的双量子比特门--量子计算机的一个标准构件。然后，该门与第三个量子比特相结合，保真度达到令人印象深刻的88%（衡量系统的可靠程度）。

每个量子硅点持有一个电子，其自旋上升和自旋下降的状态进行编码。该装置还包括一个集成磁铁，使每个量子比特能够使用磁场单独控制。

这一研究成功将量子计算机的商业化推进了一大步。更重要的是，研究人员认为，量子硅点在同一电路中连接越来越多的量子比特，还有很多事情要做。全面的量子计算机可能比我们想象的更接近。

这项研究题为"Quantum tomography of an entangled three-qubit state in silicon"，发表在《自然·纳米技术》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文

https://www.nature.com/articles/s41565-021-00925-0