10月8日消息，悉尼新南威尔士大学的研究人员已经证明了有史以来最低的半导体量子位或量子位噪声级。该研究发表在《先进材料》上。为了使量子计算机执行有用的计算，量子信息必须接近100％的准确度。电荷噪声（由托管量子位的物质环境中的缺陷引起）干扰了以量子位编码的量子信息，从而影响了信息的准确性。

主要作者Ludwik Kranz说：“半导体量子位中的电荷噪声水平一直是实现大规模纠错量子计算机所需精度水平的关键障碍。” 与UNSW量子计算和通信技术中心（CQC 2 T）的学生一起，与该中心的衍生公司Silicon Quantum Computing（SQC）一起工作。

“我们的研究表明，我们可以将电荷噪声降低到非常低的水平，从而将其对量子比特的影响降到最低，” Kranz说。

“通过优化硅芯片的制造工艺，我们实现了比以前记录的噪声低10倍的噪声水平。这是所有半导体量子位中记录的最低电荷电荷噪声。”

    创建安静的量子位  

西蒙斯教授自2000年以来一直拥护的方法是，由硅上的原子量子位上的电子构成的量子位是大规模量子计算机的有希望的平台。

但是，托管在任何半导体平台（例如硅）中的量子位对电荷噪声很敏感。

该团队的研究表明，硅芯片内部或表面界面处存在缺陷是造成电荷噪声的重要因素。

“这真是令人惊讶，因为我们花了很多时间来优化硅芯片的质量，但这表明即使附近只有很少的杂质也会影响噪声，” Kranz说。

通过减少硅芯片中的杂质并使原子远离产生大部分噪声的表面和界面，该团队能够创造破纪录的结果。

米歇尔·西蒙斯教授说：“我们的结果继续表明，硅是容纳量子位的绝佳材料。凭借我们对量子位环境各个方面进行工程设计的能力，我们系统地证明了硅中的原子量子位是可重现，快速且稳定的。”董事CQC 2 T.

“我们的下一个挑战是转移到同位素纯的Si-28中，以利用该系统中已证明的长相干时间。”

首席作者Ludwik Kranz用扫描隧道显微镜将硅中的磷原子精确放置和封装信用：CQC2T

    时间就是一切  

研究小组使用新制造的硅芯片进行了一系列实验，以表征电荷噪声，但结果出乎意料。

“我们使用单个电子晶体管和交换耦合的量子位对来测量电荷噪声，它们在很宽的频率范围内共同提供一致的电荷噪声频谱，” CQC 2 T的合著者Sam Gorman博士说。

这些测量揭示了一个影响充电噪声时间的关键因素。

Gorman博士说：“根据我们测量的噪声频谱，我们知道计算时间越长，噪声对我们系统的影响就越大。”

“这对未来设备的设计具有重大影响，量子运算需要在极短的时间内完成，以使电荷噪声不会随着时间的流逝而恶化，从而增加了计算误差。”

    系统地致力于商业化的硅量子计算机  

为了执行大规模量子计算所需的无差错计算，两量子位门（任何量子计算机的核心构件）都需要保真度或准确性超过99％。为了达到保真度阈值，量子操作必须稳定且快速。

在最近发表于《物理评论X》上的一篇论文中，席梦思小组利用其原子精度能力，展示了在1微秒内读出量子位的能力。

SQC的创始人西蒙斯教授说：“这项研究加上我们最低的电荷噪声结果表明，有可能实现硅原子量子比特的99.99％保真度。”

“我们的团队现在正在努力在单个设备上提供所有这些关键结果-快速，稳定，高保真度并具有长的相干时间-朝着接近硅中的全尺寸量子处理器迈出了重要一步。”

Simmons教授正在与SQC合作，以硅制造第一台有用的商用量子计算机。SQC与CQC 2 T一起位于UNSW悉尼校区，旨在证明到2023年可靠地生产10量子位原型量子集成处理器所需的能力。

Simmons教授说：“我们团队的结果进一步证实，我们独特的方法-在硅中精确定位磷原子-是构建硅量子计算机商业化所需的经过纠错的大规模体系结构的极有希望的前景。