量子计算机创造新突破：牛津量子逻辑门精度提至99%

一台真正意义上的量子计算机尚未真正到来，但它或许会比我们想象中要早一些。上周，《物理评论快报》（Physical Review Letters）报道称，牛津大学教授的研究实现了量子计算机研发进程的一个重大突破：由英国工程和物理科学研究理事会（EPSRC）资助的网络量子信息技术中心（NQIT）的科学家已经将量子逻辑门（quantum logic gate）的精度提升至99%。

其意义在于：人类构建的量子逻辑门精度已经达到了实际构建一台量子计算机所需的理论精度基准。

首先，量子计算机和传统计算机都是用来处理数据的工具，其输出态和输入态之间存在逻辑关系。通常将实现从输入态到输出态演化的单元叫逻辑门。

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而如今牛津大学两位教授的研究主要是寻找到了使用原子来构建量子逻辑门的方法。我们知道，量子具有量子叠加（系统同时包含所有的可能测量结果，一旦某个测量发生，则结果将为定值）和量子纠缠（多粒子的叠加态，它们的属性相互关联影响）这两个特性。而该方法是需要将两个不同的原子放入到同一个量子纠缠态之中。之前已有专家表明如果这种逻辑门的精度低于99%，那么理论上就不可能构建出量子计算机。理论的阈值需要达到99.9%。

此次研究成果的作者之一David Lucas在解释量子纠缠概念时表示：“量子纠缠描述了一种有两个量子物体存在的情况——在我们的案例中是两个单独的原子——它们共享一个共同的量子态。也就是说，测量其中一个原子的性质可以了解另一个原子的性质。”

根据论文摘要，研究人员在激光驱动的两量子位和单量子位逻辑门上分别实现了99.9（1）% 和99.9934（3）% 的保真度（Fidelity），显著超过了容错量子计算所需的约99%的最小阈值水平。

诚然，高精度的逻辑门是制造量子计算机的基础，但高精度的逻辑门还不足以让我们创造出真正的量子计算机，这一科学研究还有许多难题需要攻克。Lucas表示：“量子逻辑门本身并不能构成量子计算机，但如果没有它们，你也不能造出量子计算机。”

量子计算作为先进的计算机技术，在人工智能研究等需要海量计算的研究领域方面而显示出巨大的潜力价值。牛津大学莫德林学院研究者、论文的第一作者Chris Ballance博士在接受媒体采访时表示：“事实证明量子机制的信息操作方式能给量子计算机带来远比任何可以想象的常规计算机更加高效的解决特定问题的方法。比如安全密码破解、搜索大型数据集等。量子计算机天生就很适合模拟其它量子系统，这可能有助于我们，比如说，理解化学和生物学相关的复杂分子。”

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