10^-7，牛津大学物理学家创下单量子比特操作精度新世界纪录

以下内容来自phy.org，原文DOI：10.1103/42w2-6ccy

图：牛津大学离子阱芯片渲染图

来源：Jochen Wolf博士与Tom Harty博士

牛津大学物理学家在单量子比特控制精度方面创造了新世界纪录，实现了量子逻辑门操作0.000015%的错误率（即670万次操作中出现1次错误）。这一突破性成果比该研究组十年前保持的纪录提高了近一个数量级。类比而言，一个人一年内遭遇雷击的概率（1/120万）仍高于该量子逻辑门出错的概率。

研究成果已于5月被《Physical Review Letters》接收，是构建实用化量子计算机方面的重要进展。“据我们所知，这是全球迄今报道的最高精度量子比特操作，”论文共同作者、牛津大学物理系David Lucas教授表示，“该成果为解决实际问题的实用量子计算机奠定了关键基础。”

量子计算机要执行有效运算，需在多个量子比特上运行数百万次操作。若错误率过高，计算结果将失去意义。虽然量子纠错技术可修正错误，但会大幅增加所需量子比特数量。新方法通过降低错误率，直接减少了量子计算机的物理规模与成本。

图：牛津大学Clarendon实验室研究团队与实验设备。左起：Mario Gely博士、Molly Smith、Aaron Leu。

来源：Adam Martinez

论文共同第一作者、牛津大学物理系研究生Molly Smith指出：“错误率的显著降低，大幅缩减了纠错所需的硬件资源，为未来量子计算机实现更小型化、更快速高效铺平了道路。这种精密控制技术同样适用于量子时钟与量子传感器等其他量子技术。”

该实验采用囚禁钙离子作为量子比特，因其长相干时间和鲁棒性成为量子信息存储的理想载体。与常规激光控制方案不同，牛津团队创新性地使用微波电子信号操控钙离子量子态。这种方法比激光控制更稳定，且具有多重优势：微波控制成本更低、稳定性更强，更易于集成到离子阱芯片中。值得注意的是，实验在室温环境且无磁屏蔽条件下完成，显著降低了量子计算机的工程复杂度。

图：牛津大学离子阱芯片实物照片

来源：Jochen Wolf博士与Tom Harty博士

牛津团队2014年创下的前纪录为百万分之一误差率（1/10^6）。其技术积累已孵化出衍生公司Oxford Ionics（2019年成立），现已成为离子阱量子计算平台的领军企业。尽管单量子比特控制取得突破，研究团队强调双量子比特门仍是关键挑战——目前最优实验结果错误率仍高达约1/2000，要实现完全容错的量子计算机必须攻克这一难题。

本实验由牛津大学物理系Molly Smith、Aaron Leu、Mario Gely博士与David Lucas教授团队完成，大阪大学量子信息与量子生物学中心Koichiro Miyanishi博士作为访问学者参与。该研究属于英国量子计算与模拟中心（QCS Hub）项目，隶属于英国国家量子技术计划。

参考链接

https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/42w2-6ccy

https://phys.org/news/2025-06-physicists-world-qubit-accuracy.html