硅基量子比特：保真度惊艳超 99% 了
在《科学进展》杂志上最新发表的研究中[1]，普林斯顿物理学家使用一个双量子比特的硅量子设备，实现了前所未有的保真度水平，实验测试均超过了99%。
这是迄今为止，在半导体中实现的双量子比特门的最高保真度，与竞争技术比如超导量子芯片所取得的最佳结果相当。
作为备受关注的硅基量子比特，前谷歌的量子计算负责人John Martinis也倾心投入了该技术路线。
如今的突破，说明这大规模集成可用量子芯片这条路上，硅基量子计算一定是最重要的竞争玩家。
量子芯片的保真度是衡量量子比特执行无差错操作能力的一个指标，也是开发实用高效量子计算的一个关键特征。
目前主流的制造量子芯片的技术路线有超导量子计算，离子阱量子计算，以及硅量子计算，都非常强调量子比特的保真度。
过去，前面两种路线大放异彩，包括已经上市的两家量子公司（阅一：量子计算机公司Rigetti正式在纳斯达克上市，阅二：纳斯达克上市公司 IonQ 2021年度财报），都分别是超导和离子阱技术路线的开拓者，而硅基路线一直默默无闻。
当然，如今的突破预示着，硅同样重要。虽然，研究人员一直在探索哪种技术能够最有效地扩大商业应用范围，但在不同初创企业或科技巨头的技术研究路线里，硅基半导体是不受青睐的。
普林斯顿大学物理系的研究生 Adam Mills 说: “硅自旋量子比特在这个领域正在获得动力。”他是最近发表的这项研究的主要作者。“总体而言，今年似乎是硅基量子计算之年。”
2. 突破99%，长征路的第一步
通过使用一种叫做双量子点的硅设备，研究人员能够捕获两个电子并迫使它们相互作用。
每个电子的自旋状态可以用作一个量子比特，电子之间的相互作用可以纠缠这些量子比特。
这种操作对量子计算至关重要。
令人兴奋的是，普林斯顿的Eugene Higgins教授Jason Petta领导的研究小组能够以超过99.8% 的保真度完成这种纠缠的操作，实属惊艳。
而且，相较之下，硅自旋量子比特是由单电子制成的，非常小，设备直径只有100纳米左右，而传统的超导量子比特直径大约为300微米，所以如果想在一块芯片上制造大规模的集成量子比特，使用超导方法是很困难的，但是对硅芯片来说，情况变的容易很多。
因为制造上述提到的硬件系统，只需要用标准的半导体制造工艺就可以用来扩展。
过去，硅基双量子比特的保真度在大多数实验中，保真度都低于90%，非常的不乐观。
而今，这个瓶颈被打破。
这意味着，硅自旋量子比特成为开发中级量子处理器的主导技术的潜力，已经显现。
目前，世界上知名的半导体量子计算玩家有intel，国内押注开发该技术路线的企业是中国科学技术大学的郭国平教授领衔的本源量子计算公司。
由于这方面的中文阅读有限，关于该技术路线的详细，可以参阅[2]中的文章，由中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室的郭国平教授、李海欧研究员和张鑫博士发表的综述。
半导体量子计算，或将迎来属于它的春天。
[1]https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abn5130
[2]https://doi.org/10.1093/nsr/nwy153