我国科研团队首次实现硅基逻辑量子计算机原型验证

从深圳国际量子研究院获悉，该院研究员贺煜团队首次在原子级精度加工的硅基量子计算芯片上，演示了从通用逻辑门操作到变分量子算法的“全栈”逻辑运算要素，完成硅基逻辑量子计算机的原型验证，是硅基量子计算体系从物理量子比特到容错逻辑编码的关键跨越。该成果在硅基量子计算领域取得里程碑式突破，为研制实用化硅基量子计算机迈出坚实一步。相关研究成果当日发表在《自然∙纳米技术》上。

量子计算潜力巨大，但环境噪声引发的计算错误构成其走向实用的核心障碍。容错量子计算是根本解决方案。尽管硅基自旋量子比特具备长相干时间、高操控精度以及与现有半导体芯片工艺兼容等优势，但如何实现容错逻辑编码与通用逻辑操作，始终是该领域尚未攻克的核心难题。

研究团队利用扫描隧道显微镜氢掩膜光刻（STM-HL）技术，以原子级精度加工出硅基量子计算芯片后，在该芯片上研究团队演示了[[4,2,2]]逻辑量子态的容错制备。其中包括逻辑纠缠态，并通过后处理校验显著提升其保真度。此外，团队还进一步成功演示了完整的通用逻辑量子门集。

为展示该量子处理器的实用潜力，研究团队在国际上首次在硅基逻辑量子比特上完成量子算法演示并求解实际问题。

研究团队在两个逻辑量子比特上成功运行了“变分量子本征求解”算法，精确计算了水分子的电子基态能量，计算结果与理论值误差仅为20毫哈特里，未来有望进一步达到化学精度要求，充分证明该逻辑编码方案运行实用量子算法的可行性。

据悉，该研究成果将加速推动硅基量子计算这一与半导体工业兼容的量子计算领域走向实际应用。