3篇量子计算里程碑论文登上Nature封面：保真度超过99%，达到实用水平今天的Nature期刊有点特别。一共3篇论文同时登上封面，实属难得。来自澳大利亚、荷兰和日本的三个不同团队同时实现了硅量子计算的重要里程碑——保真度超过99%。这一结果与谷歌Sycamore量子计算机的2量子位保真度处于同一水平。这意味着可以实现几乎无错误的硅量子计算。硅量子计算机与谷歌和IBM的超导量子计算技术一样，是实现大规模量子计算机的有力候选者。“当错误如此罕见时，就有可能检测到它们并在它们发生时纠正它们。这表明有可能构建具有足够规模和能力的量子计算机来执行有意义的计算。”三篇论文的通讯作者之一、来自新南威尔士大学（UNSW）的AndreaMorello教授说。△AndreaMorello教授和新南威尔士大学团队在多年前取得了超越谷歌的另一项成就：在硅量子系统中保存信息35秒。这比谷歌和IBM的量子计算机长一百万倍，后者的超导量子计算机只能保存100微秒的信息。这三项研究为半导体量子计算机的发展迈出了极为重要的一步。他们证明了强大、可靠的量子计算机正在成为现实。他们是怎么做到的以USNW团队的研究为例，为了保证量子系统的保真度，他们需要解决一个矛盾的问题：即让量子比特尽可能“孤立”才能正确许久。保存信息，但也允许量子位与外界交互以执行量子计算操作。核自旋可以很好地与外界环境隔绝。之前在核自旋系统中实现了量子信息保存35秒。为了让核自旋与外界相互作用，研究小组在两个磷原子核之间引入了一个电子。当两个原子核与一个电子结合时，它们可以通过共享电子相互作用。△红点代表磷原子核，外面闪亮的椭圆代表电子论文作者之一SerwanAsaad博士说：如果核自旋与电子发生纠缠，那么电子可以移动到另一个地方并与更远的地方互动其他量子比特核心纠缠在一起，为大规模稳健和实用的量子计算开辟了道路。用磷原子掺杂硅是半导体工业的基本操作（用于制造n型半导体），因此该技术与当前的计算机技术兼容。最后，他们使用门组层析成像(GST)技术精确描述了量子操作，从而使1量子位的平均门保真度达到99.95%，2量子位达到99.37%，2量子位制造/测量保真度高达98.95%.这三个指标表明硅核自旋正在接近容错量子处理器所需的性能要求。现在所有经典计算机都具有某种形式的纠错和数据冗余，但量子物理定律对如何在量子计算机中进行纠错施加了严格的限制。该论文的通讯作者Morello表示：一般情况下，应用量子纠错协议要求错误率低于1%。既然这个目标已经实现，我们就可以开始设计可以扩展和可靠运行以执行有用计算的硅量子处理器。Teamwork带来了3篇论文今天登上Nature封面的3篇论文取得了以下成果：1.澳大利亚新南威尔士大学团队通过离子在电子和两个磷原子组成的三量子位系统上实现了1个量子位系统注入硅。量子位的保真度为99.95%，2量子位的保真度为99.37%。2、荷兰代尔夫特理工大学团队利用硅/硅锗合金量子点的电子自旋，实现了1个量子位99.87%的保真度和2个量子位99.65%的保真度。3、日本RIKEN团队也在使用硅/硅锗合金量子点双电子系统，实现了1个量子位99.84%的保真度和2个量子位99.51%的保真度。虽然每个团队都独立发表了实验结果，但这离不开他们之间广泛的学术交流，包括实验技术、材料和人员的交流。△UNSW团队，从左到右分别是Dr.AsaadSerwan、Prof.AndreaMorello和Dr.MateuszMadzik。新南威尔士大学论文的作者MateuszM?dzik博士现在是代尔夫特团队的博士后研究员；另一位SerwanAsaad博士最初来自理工大学的代尔夫特学生。Delft团队负责人LievenVandersypen于2016年访问了UNSW，进行了为期五个月的休假。RIKEN团队负责人GiordanoScappucci博士是前UNSW研究员。另外：TUDelft和RIKEN小组使用的硅/硅锗合金量子点都是前者制造的，由两个小组共享。新南威尔士大学团队使用的同位素纯化硅材料由日本庆应义塾大学KoheiItoh教授提供。论文中的关键门设置断层扫描（GST）方法由美国桑迪亚国家实验室开发并公开提供。
