來自芬蘭IQM量子計算機公司、阿爾托大學和芬蘭VTT技術研究中心的一組科學家發現了一種新的超導量子比特——unimon，可提高量子計算的準確性。該團隊已經實現了第一個具有99.9%保真度的unimon量子邏輯門，這是構建商用量子計算機的道路上的一個重要里程碑。這項關鍵研究剛剛發表在《自然通訊》雜誌上。
在構建實用量子計算機的所有不同方法中，超導量子比特暫時處於領先地位。然而，目前的量子比特設計和工程技術還沒有為實際應用提供足夠高的性能。在這個含噪聲的中等規模量子（NISQ）時代，可實用的量子計算的複雜性主要受到單量子比特和雙量子比特量子門中錯誤率的限制。目前的量子計算需要變得更加準確才能發揮作用。
「我們的目標是構建在解決現實世界問題方面具有優勢的量子計算機。今天，我們宣布了IQM的一個重要里程碑，也是構建超導量子計算機路上的重大成就，」阿爾托大學和VTT量子技術聯合教授、IQM量子計算機聯合創始人兼首席科學家Mikko Möttönen說。他領導了這項研究。
IQM推出這種新的超導量子比特類型叫「unimon」，它在單個電路中結合了多種所需的特性，包括增加的非諧性、對直流電荷噪聲完全不敏感、對磁噪聲的敏感性降低以及僅由單個電路組成的簡單結構諧振器中的約瑟夫森結。該團隊在三個不同的unimon量子比特上實現了99.8%到99.9%的13ns長的單量子比特門的保真度。
在IQM攻讀博士學位的Eric Hyyppä說：「由於unimon有著比transmon更高的非諧性或非線性，因此我們可以更快地操作unimon，從而減少每次操作的錯誤。」
為了通過實驗證明unimon的優勢，科學家們設計並製造了晶片，每個晶片都由三個unimon型量子比特組成。除了約瑟夫森結之外，他們還使用鈮作為超導材料，而超導引線是用鋁製造的。
「我要感謝並祝賀Eric和其他團隊成員為取得這一重大成就而不懈努力，」Möttönen教授說。
該團隊測得unimon型量子比特具有相對較高的非諧性，同時它只使用了一個沒有任何超電感的約瑟夫森結，並具有抗噪聲保護功能。unimon的幾何電感具有比傳統fluxonium或四量子比特中基於結陣列的超電感更高的可預測性，以及提高產量的潛力。
「Unimon型量子比特非常簡單，但與transmon型量子比特相比有很多優勢。事實上，我們的首個unimon工作得很好，這為以後的優化和重大突破提供了充足的空間。下一步我們將優化設計，以獲得更高的噪聲保護並展示雙量子比特門。」Möttönen教授補充道。
IQM的商業量子計算機目前仍然使用transmon型量子比特。藉助這些transmon，IQM已經交付部署了量子計算機，例如芬蘭的第一台54量子比特量子計算機，作為與芬蘭VTT技術研究中心的聯合創新項目的一部分。而IQM領導的投資財團Q-Exa正在還在德國建造一台20量子比特的量子計算機，並希望集成到超級計算機中。現在發明的unimon是一種升級替代型的量子比特，可能會在未來提供更高的量子計算精度。
「我們將進一步改進unimon的設計、材料和工作時間，以突破99.99%的保真度這一目標，從而在含噪聲的系統和有效的量子糾錯方面獲得實用的量子優越性算力。對於量子計算來說，這是非常激動人心的一天！」 Möttönen教授總結道。
關於IQM公司
IQM是歐洲地區構建量子計算機的領導者。IQM為超級計算數據中心和研究實驗室提供本地量子計算機，並提供對其硬體的完全訪問權限。對於工業客戶，IQM通過獨特的特定於應用程式的協同設計方法爭取量子優勢。IQM正在建造芬蘭第一台54量子比特量子計算機，IQM領導的聯盟（Q-Exa）也在德國建造一台量子計算機。這台計算機將集成到超級計算機中，為未來的科學研究提供量子加速。IQM在巴黎、馬德里、慕尼黑和埃斯波設有辦事處，擁有200多名員工。
編譯：王珩
編輯：慕一