芬兰埃斯波–(美国商业资讯)–来自IQM Quantum Computers、阿尔托大学和芬兰国家技术研究中心(VTT)的一个科学家小组发现了一种新的超导量子位元——unimon，可提高量子计算的准确性。该团队已经实现了首个保真度达99.9%的unimon的量子逻辑门，这是建造商用量子计算机过程中的一个重要里程碑。这项关键研究近日发表在《自然-通讯》(Nature Communications)期刊上。
在建造实用型量子计算机的所有不同方法中，超导量子位元处于领先位置。然而，目前采用的量子位元设计和技术尚无法为实际应用提供足够高的性能。在当前含噪中尺度量子(NISQ)时代，可实现的量子计算的复杂性大多受限于单量子门和双量子门的误差。量子计算需要变得更加精确才能发挥实际作用。
负责领导此次研究的Mikko Möttönen是阿尔托大学和VTT的量子技术联合教授，也是IQM Quantum Computers的联合创始人兼首席科学家。他表示：“我们的目标是建造能够在解决现实问题中展现优势的量子计算机。今天发布的公告是IQM的一个重要里程碑，也是建造更出色的超导量子计算机进程中的一项重大成就。”
IQM今日宣布推出一种新的超导量子位元类型——unimon。新量子位元在单个电路中结合了以下理想特性：增强的非简谐效应、对直流电荷噪声完全不敏感、对磁噪声的更低敏感性，以及仅由谐振器中的单个约瑟夫森结(Josephson junction)组成的简单结构等。该团队在三个不同的unimon量子位元上让速度为13纳秒的单量子位门实现了从99.8%到99.9%的保真度。
来自IQM、正在攻读博士学位的Eric Hyyppä表示：“由于非简谐效应或非线性高于transmon，我们可以加快unimon的操作速度，从而减少每次操作的误差。”
为了在实验中证明unimon，科学家们设计并制造了相关芯片，每枚芯片由三个unimon量子位元组成。除了约瑟夫森结，他们还使用了铌作为超导材料，其中的超导引线采用铝制成。
Möttönen教授表示：“我要感谢并祝贺Eric和其他团队成员，他们为这一重大成就做出了不懈努力。”
该团队测量到unimon量子位元具有相对较高的非简谐效应，同时只需要单个约瑟夫森结，不需要任何超导体，并具有防噪声能力。与传统的fluxonium或quarton量子位元中基于结阵的超导体相比，unimon的几何电感有可能获得更高的可预测性和效益。
Möttönen教授补充道：“尽管unimon很简单，但比transmon更有优势。事实上，首个unimon的表现非常优秀，同时提供了大量的优化和重大突破空间。下一步我们将优化设计，改善噪声保护，并验证双量子位逻辑门。”
IQM的商用量子计算机仍然使用transmon量子位。通过transmon，IQM已经能够提供现场量子计算机。例如，作为与芬兰国家技术研究中心共同创新项目的一部分，IQM正在建造芬兰的第一台54量子位量子计算机；IQM牵头的联盟Q-Exa也正在德国建造一台20量子位量子计算机，建成后将集成到一台超级计算机之中。现在发明的unimon是一种替代量子位元，有望在未来提高量子计算精度。
Möttönen教授总结道：“我们的目标是进一步改进unimon的设计、材料和门控时间，以便突破99.99%的保真度大关，实现真正实用的含噪系统量子优势和高效量子纠错。那将是量子计算界的一个激动人心的时刻！”
关于IQM Quantum Computers：
IQM是构建量子计算机的泛欧品类领导者。IQM为超级计算数据中心和研究实验室提供内部量子计算机，并提供对其硬件的全方位访问。对于工业客户，IQM致力于通过独特的、针对具体应用的联合设计方法发挥量子优势。IQM目前与VTT联手建造芬兰第一台54量子位量子计算机。此外，一个由IQM领导的联盟(Q-Exa)正在德国建造量子计算机，该量子计算机将集成到HPC超级计算机中，为未来的科学研究创建量子加速器。IQM在巴黎、马德里、慕尼黑和埃斯波设有办事处，拥有200多名员工。
图：量子处理器中的unimon量子位元的效果图。供图：Aleksandr Kakinen。（图示：美国商业资讯）
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