科技日報北京5月25日電 （記者張夢然）應用於量子位的高保真量子邏輯門，是可編程量子電路的基本構建塊。美國勞倫斯伯克利國家實驗室高級量子測試平台（AQT）的研究人員在超導量子信息處理器中，進行了三量子位高保真iToffoli原生門的首次實驗演示。研究成果近日發表在《自然·物理學》上。

嘈cao雜za的de中zhong等deng規gui模mo量liang子zi處chu理li器qi通tong常chang支zhi持chi一yi個ge或huo兩liang個ge量liang子zi位wei的de原yuan生sheng門men，這zhe些xie門men類lei型xing可ke直zhi接jie由you硬ying件jian實shi現xian。更geng複fu雜za的de門men是shi通tong過guo將jiang它ta們men分fen解jie為wei原yuan生sheng門men序xu列lie來lai實shi現xian。該gai團tuan隊dui的de演yan示shi為wei通tong用yong量liang子zi計ji算suan增zeng加jia了le一yi種zhong新xin穎ying且qie強qiang大da的de原yuan生sheng三san量liang子zi位weiiToffoli門
，該門的保真度非常高，達到98.26%。

Toffoli（也稱控-控-非門，CCNOT）shijingdianjisuanzhongdeguanjianluojimen，yinweitashitongyongde
，suoyitakegoujiansuoyouluojidianlulaijisuanrenhesuoxudeerjinzhiyunsuan。ciwai
，tashikenide，yunxucongshuchuzhongquedinghehuifuerjinzhishuru（位）

，因此不會丟失任何信息。

在量子電路中，輸入的量子位可處於0和1狀(zhuang)態(tai)的(de)疊(die)加(jia)。量(liang)子(zi)位(wei)與(yu)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)其(qi)他(ta)量(liang)子(zi)位(wei)物(wu)理(li)連(lian)接(jie)，隨(sui)著(zhe)量(liang)子(zi)位(wei)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)
，實(shi)現(xian)高(gao)保(bao)真(zhen)量(liang)子(zi)門(men)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)困(kun)難(nan)。計(ji)算(suan)操(cao)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)量(liang)子(zi)門(men)越(yue)少(shao)，量(liang)子(zi)電(dian)路(lu)越(yue)短(duan)，就(jiu)可(ke)在(zai)最(zui)終(zhong)結(jie)果(guo)發(fa)生(sheng)錯(cuo)誤(wu)之(zhi)前(qian)改(gai)進(jin)算(suan)法(fa)。因(yin)此(ci)

，降(jiang)低(di)量(liang)子(zi)門(men)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。

Toffoli門與Hadamard門一起形成了一個通用的量子門集，允許研究人員運行任何量子算法。在主要計算技術（超導電路、捕獲離子和裏德堡原子）中實施多量子位門的實驗已成功證明三量子位門上的Toffoli門，保真度平均在87%到90%之間。然而
，此類演示要求研究人員將Toffoli門分解為一個和兩個量子位門
，從而使門操作時間更長並降低了其保真度。

為創建一個易於實現的三量子位門，AQT設計了一個非傳統的iToffoli門

，方法是將固定在相同頻率的同步微波脈衝應用於線性鏈中的3個超導量子位。

實驗證明
，與Toffoli門類似，這種三量子位iToffoli門men可ke用yong於yu執zhi行xing高gao保bao真zhen度du的de通tong用yong量liang子zi計ji算suan。此ci外wai
，研yan究jiu人ren員yuan發fa現xian，超chao導dao量liang子zi處chu理li器qi上shang的de門men原yuan理li圖tu可ke產chan生sheng額e外wai的de三san量liang子zi位wei門men
，從cong而er提ti供gong更geng有you效xiao的de門men合he成cheng
，以yi將jiang量liang子zi門men分fen解jie成cheng更geng短duan的de門men來lai改gai善shan電dian路lu運yun行xing時shi間jian。

研究人員稱，“youyutuixianggan
，womenzhidaogengchanghegengfuzademenxuliehuisunhaibaozhendu，yincizhixingmougesuanfadezongmencaozuoshijianhenzhongyao。gaiyanshizhengming，womenkeyibushixiansanliangziweimen
，bingjianxiaomenhechengdedianlushendu（門序列的長度）。此外
，與以前的方法不同，我們的門方案不包括量子位容易退相幹的更高激發態，因此產生了高保真門”。