科学家预言：2027年将见证史上最强量子计算芯片助力机器革命

新型离子陷阱芯片摒弃了激光，改用可在现有半导体工厂大规模生产的集成电路。

据英国科学家称，他们已经开发出性能世界领先的量子计算芯片，预计到2027年可能被用于“实用”的量子计算机。

新芯片采用集成控制单元来调节量子比特状态，与典型量子芯片不同，它能够利用传统半导体制造工艺进行批量生产。

该技术的关键是在于如何处理量子比特——量子计算中的基本信息单位。

在量子计算机中控制量子比特的方法之一是捕获离子技术。这涉及在电磁场中隔离单个带电原子（离子）——被称为离子阱——并使用激光精确控制其量子态。这样，就可以操纵离子，并将其作为量子比特来存储和处理量子信息。

虽然捕获离子技术在保持量子比特稳定方面有效，但由于激光技术的成本和复杂性，它缺乏可扩展性和实用性。

但牛津离子公司开发的新型芯片完全避免了激光，采用专利的“电子量子位控制”系统来调整被捕获离子的状态。科学家们在声明中表示，由于控制量子比特所需的一切均已集成于硅中，因此这种新芯片更可靠，也更适合大规模生产。

研究人员声称，测试显示新芯片的性能是现有记录保持者的两倍，而使用的量子比特却少了10倍。研究结果已于7月10日发表在预印本服务器arXiv上。

“当你建造一台量子计算机时，性能和尺寸一样重要——如果不能产生准确的结果，增加量子比特的数量就毫无意义，”研究报告的合著者、牛津离子公司的联合创始人兼首席技术官汤姆·哈蒂在声明中说。

“我们现在已经证明我们的方法已经在量子计算中提供了迄今为止最高水平的性能，现在已经达到了开始释放量子计算商业影响所需的水平。对于我们的团队来说，这是一个令人难以置信的激动人心的时刻，对于量子计算将对整个社会产生的积极影响来说也是如此。”

“火箭飞船进场

在这项研究中，牛津离子公司微型制造了一个只有几微米宽的离子陷阱，构成了量子芯片的基础。

研究人员通过测量芯片执行门保真度操作的准确程度来衡量芯片性能，门保真度是用来衡量量子门（类似于经典计算中逻辑门的量子电路组成部分）与理想理论操作接近程度的一个指标。

科学家们表示，他们的芯片达到了99.9992%的单量子比特门保真度和99.97%的双量子比特门保真度，他们声称这是迄今为止所有量子芯片中报道的最高保真度，且不需要纠错。

“从一开始，我们就采取了‘火箭飞船’的方法——先解决真正困难的挑战，专注于建立强大的技术，”研究报告的合著者、牛津离子公司的联合创始人兼首席执行官克里斯·巴兰斯在声明中说。“这意味着使用新颖的物理和智能工程来开发可扩展的高性能量子比特芯片，这些芯片不需纠错就能得到有用的应用，并且可以在传统的半导体芯片上进行控制……我们现在能够专注于我们技术的商业化，并提供大规模有用的量子计算。”

牛津离子公司将把芯片架构交付给英国国家量子计算中心（NQCC），作为其量子计算试验台项目的一部分。