科技日报记者 张佳欣
据最新一期《自然》杂志报道，澳大利亚初创公司SQC研究团队基于硅材料和磷原子构建了一种新型量子处理器，在实验中实现了11个量子比特的联通，并保持了较高的运行保真度。这是目前规模最大的同类硅基原子量子处理器之一，被认为是量子计算领域的重要进展。
为推动量子计算机实现真正规模化，如何在增加量子比特数量的同时保持系统稳定性，一直是量子计算研究中的关键挑战。以往研究表明，量子比特规模一旦扩大，其相互连接和操作的可靠性往往会下降。
在这项研究中，团队在同位素纯化的硅-28中精确放置磷原子，将其排列成两个多核自旋寄存器。其中一个寄存器包含4个磷原子，另一个包含5个，每个寄存器内部共享一个电子自旋。两个寄存器之间通过电子交换相互作用连接，从而实现跨寄存器的非局域连接，总计形成11个相互关联的量子比特。
团队将这一设计称为“14|15平台”，名称源于硅和磷在元素周期表中的原子序数。研究团队表示，通过精细调控多组微波频率，对电子自旋和原子核自旋进行操控，可以在不同共振条件下实现对各量子比特的独立控制。
研究结果显示，在量子比特数量增加的情况下，该硅基原子处理器的物理层性能指标保持稳定。其中，双量子比特门操作的保真度最高达到99.9%。进一步实验表明，在该11量子比特系统中，各核自旋对均成功实现量子纠缠。在同一寄存器内，贝尔态纠缠保真度介于91.4%—99.5%；在跨寄存器情况下，纠缠保真度为87.0%—97.0%。研究人员还发现，纠缠态最多可在8个核自旋之间保持。
该研究实现了亚纳米级精度制造量子比特及其控制元件，且仅使用磷和硅两种原子。这表明利用原子级精度工程化的硅器件，有望构建可靠、模块化且可扩展的量子计算系统，为未来量子计算技术的发展奠定了重要基础。
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