2023年12月,Harvard大学物理系Mikhail Lukin教授团队在Nature上发表了重要成果,展示了一种基于AOD的可重构中性原子阵列逻辑量子比特处理器。该研究由来自Harvard、MIT、Caltech和NIST/马里兰大学的研究人员合作完成,QuEra Computing持有财务利益关系。
研究团队采用结合区域化(Zoned)架构(存储、纠缠、读取三个区域)的AOD可重构中性原子阵列,通过16个[[8,3,2]]码块(128个物理量子比特)同时激活了48个逻辑量子比特,并运行了包含228个逻辑双量子比特门和48个逻辑CCZ门的4D超立方体连通采样电路。另外,还使用2D颜色码([[7,1,3]])实现了40个逻辑量子比特(使用280个物理量子比特)。
三项核心成就:
- 阈值以下运行验证:在d=3至d=7的表面码中,横向CNOT门的逻辑Bell错误率随码距增加而降低,证实了阈值以下运行。
- 容错态制备:逻辑量子比特|0L⟩初始化保真度达到99.91%,超过物理量子比特门保真度(99.5%);4逻辑量子比特GHZ态保真度记录为99.85%。
- 通用非Clifford门:在[[8,3,2]]码中通过物理T·S旋转横向实现了CCZ门,实现非Clifford通用门集。应用错误检测后,XEB分数比同等规模物理量子比特实现提高了约10倍。
这些结果代表了早期纠错量子计算(Early ECQC)的首次实证——通过联合优化(co-design)纠错码与量子算法,表明逻辑编码能够实质性地提升算法性能,是迈向可扩展容错量子计算的重要里程碑。