美国马里兰大学的物理学家和量子计算公司IonQ发现了一种新方法，它可以提高量子计算的中央操作效率。通过削减执行双量子比特门所需的激光功率，研究人员表明他们可以加速门的运行，从而能提高他们的离子阱量子计算机性能。

量子计算机的组成单元是量子比特(或称量子位)，它可以处于两种态的任意叠加状态。在这项工作中，研究人员使用离子作为量子比特。快速振荡的电场将离子困在一个链中，这使得用激光照射一个或多个离子来执行计算操作成为可能。

两量子比特纠缠门

这些计算操作一般分为两种类型:单量子比特门和双量子比特门。单量子比特门相对简单，并且不构成重大挑战，而双量子比特门需要花费大量的时间和精力。马里兰州联合量子研究所(JQI)的研究员、这项研究的合著者Norbert Linke表示，这将对量子计算机的整体效率产生一定影响。“两量子比特纠缠门的性能通常限制了整个系统，因为它们需要最多的校准时间，引发的误差也最多。”Linke解释道，“因此，改进这些门对提高性能并最终扩大这些系统的规模来说是至关重要的。”

在理想的情况下，门能快速操作，使用最小的激光功率，量子比特处于理想状态(最大保真度)而且没有错误。在现实世界中，双量子比特纠缠门的误差来自于对激光频率和俘获场等实验参数的不完美控制。因此，达到最高保真度的一般技术要求是在设计与离子相互作用的控制信号(即激光束)时要极度小心，要通过微调协议参数来消除所有不良影响。在一定程度上，这限制了控制信号的设计空间。

IonQ-JQI团队的想法是牺牲少量的保真度来节省大量的激光功率——在某些情况下可以节省一个数量级的功率。该研究合作者、IonQ量子理论的负责人同时也是马里兰大学助理教授的Yunseong Nam解释说：“我们考虑的约束条件是，当消除这些约束条件时，它们不会对误差产生显著影响......通过这种方式，虽然牺牲了一些保真度，但我们可以显著增加设计空间的大小，然后可以用来更好地优化功率需求。”

Nam和他的同事在JQI的可编程捕获离子量子硬件上演示了他们的协议，该硬件有5个量子比特。当他们测量门操作的功率和保真度时，他们发现可以用这种方法创建一个最大的纠缠态，不会损失太多的保真度。

发展这项技术

目前这个团队已经成功进行了概念验证演示，其成员还计划在各种量子算法中运行他们的双量子比特纠缠门，以验证新开发的方案是否能提高整体计算效率。他们也在探索发展他们技术的方法，Linke说：“我们正在研究其他方案，以生成具有不同控制参数的纠缠门。”他说：“这将为不同器件的特定噪声或误差特性提供最佳的量子门机制。”（编译:Julien）