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量子处理器中unimon 量子比特的艺术效果图。（图片来源：网络）

来自芬兰IQM量子计算机公司、阿尔托大学和芬兰VTT技术研究中心的一组科学家发现了一种新的超导量子比特——unimon，可提高量子计算的准确性。该团队已经实现了第一个具有99.9%保真度的unimon量子逻辑门，这是构建商用量子计算机的道路上的一个重要里程碑。这项关键研究刚刚发表在《自然通讯》杂志上。

在构建实用量子计算机的所有不同方法中，超导量子比特暂时处于领先地位。然而，目前的量子比特设计和工程技术还没有为实际应用提供足够高的性能。在这个含噪声的中等规模量子（NISQ）时代，可实用的量子计算的复杂性主要受到单量子比特和双量子比特量子门中错误率的限制。目前的量子计算需要变得更加准确才能发挥作用。

“我们的目标是构建在解决现实世界问题方面具有优势的量子计算机。今天，我们宣布了IQM的一个重要里程碑，也是构建超导量子计算机路上的重大成就，”阿尔托大学和VTT量子技术联合教授、IQM量子计算机联合创始人兼首席科学家Mikko Möttönen说。他领导了这项研究。

IQM推出这种新的超导量子比特类型叫“unimon”，它在单个电路中结合了多种所需的特性，包括增加的非谐性、对直流电荷噪声完全不敏感、对磁噪声的敏感性降低以及仅由单个电路组成的简单结构谐振器中的约瑟夫森结。该团队在三个不同的unimon量子比特上实现了99.8%到99.9%的13ns长的单量子比特门的保真度。

在IQM攻读博士学位的Eric Hyyppä说：“由于unimon有着比transmon更高的非谐性或非线性，因此我们可以更快地操作unimon，从而减少每次操作的错误。”

为了通过实验证明unimon的优势，科学家们设计并制造了芯片，每个芯片都由三个unimon型量子比特组成。除了约瑟夫森结之外，他们还使用铌作为超导材料，而超导引线是用铝制造的。

“我要感谢并祝贺Eric和其他团队成员为取得这一重大成就而不懈努力，”Möttönen教授说。

该团队测得unimon型量子比特具有相对较高的非谐性，同时它只使用了一个没有任何超电感的约瑟夫森结，并具有抗噪声保护功能。unimon的几何电感具有比传统fluxonium或四量子比特中基于结阵列的超电感更高的可预测性，以及提高产量的潜力。

“Unimon型量子比特非常简单，但与transmon型量子比特相比有很多优势。事实上，我们的首个unimon工作得很好，这为以后的优化和重大突破提供了充足的空间。下一步我们将优化设计，以获得更高的噪声保护并展示双量子比特门。”Möttönen教授补充道。

IQM的商业量子计算机目前仍然使用transmon型量子比特。借助这些transmon，IQM已经交付部署了量子计算机，例如芬兰的第一台54量子比特量子计算机，作为与芬兰VTT技术研究中心的联合创新项目的一部分。而IQM领导的投资财团Q-Exa正在还在德国建造一台20量子比特的量子计算机，并希望集成到超级计算机中。现在发明的unimon是一种升级替代型的量子比特，可能会在未来提供更高的量子计算精度。

“我们将进一步改进unimon的设计、材料和工作时间，以突破99.99%的保真度这一目标，从而在含噪声的系统和有效的量子纠错方面获得实用的量子优越性算力。对于量子计算来说，这是非常激动人心的一天！” Möttönen教授总结道。

关于IQM公司

IQM是欧洲地区构建量子计算机的领导者。IQM为超级计算数据中心和研究实验室提供本地量子计算机，并提供对其硬件的完全访问权限。对于工业客户，IQM通过独特的特定于应用程序的协同设计方法争取量子优势。IQM正在建造芬兰第一台54量子比特量子计算机，IQM领导的联盟（Q-Exa）也在德国建造一台量子计算机。这台计算机将集成到超级计算机中，为未来的科学研究提供量子加速。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。

编译：王珩

编辑：慕一