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據(jù)最新一期《自然》雜志報道，澳大利亞初創(chuàng)公司SQC研究團隊基于硅材料和磷原子構(gòu)建了一種新型量子處理器，在實驗中實現(xiàn)了11個量子比特的聯(lián)通，并保持了較高的運行保真度。這是目前規(guī)模最大的同類硅基原子量子處理器之一，被認為是量子計算領(lǐng)域的重要進展。

為推動量子計算機實現(xiàn)真正規(guī)模化，如何在增加量子比特數(shù)量的同時保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，一直是量子計算研究中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。以往研究表明，量子比特規(guī)模一旦擴大，其相互連接和操作的可靠性往往會下降。

在這項研究中，團隊在同位素純化的硅-28中精確放置磷原子，將其排列成兩個多核自旋寄存器。其中一個寄存器包含4個磷原子，另一個包含5個，每個寄存器內(nèi)部共享一個電子自旋。兩個寄存器之間通過電子交換相互作用連接，從而實現(xiàn)跨寄存器的非局域連接，總計形成11個相互關(guān)聯(lián)的量子比特。

團隊將這一設(shè)計稱為“14|15平臺”，名稱源于硅和磷在元素周期表中的原子序數(shù)。研究團隊表示，通過精細調(diào)控多組微波頻率，對電子自旋和原子核自旋進行操控，可以在不同共振條件下實現(xiàn)對各量子比特的獨立控制。

研究結(jié)果顯示，在量子比特數(shù)量增加的情況下，該硅基原子處理器的物理層性能指標保持穩(wěn)定。其中，雙量子比特門操作的保真度最高達到99.9%。進一步實驗表明，在該11量子比特系統(tǒng)中，各核自旋對均成功實現(xiàn)量子糾纏。在同一寄存器內(nèi)，貝爾態(tài)糾纏保真度介于91.4%—99.5%；在跨寄存器情況下，糾纏保真度為87.0%—97.0%。研究人員還發(fā)現(xiàn)，糾纏態(tài)最多可在8個核自旋之間保持。

該研究實現(xiàn)了亞納米級精度制造量子比特及其控制元件，且僅使用磷和硅兩種原子。這表明利用原子級精度工程化的硅器件，有望構(gòu)建可靠、模塊化且可擴展的量子計算系統(tǒng)，為未來量子計算技術(shù)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。