在硅量子比特协同工作时保持其精度，有望将成熟的芯片制造技术转化为能够处理日益复杂问题的大型量子计算机。

日常计算机芯片背后的制造技术可用于构建更大规模量子计算机。硅自旋量子比特提供了这种可能性，但当多个量子比特同时受控时，其单独运行时的精度可能下降。

RIKEN 新兴物质科学中心的研究人员及合作者展示了一种在并行操作期间保留大部分精度的方法。他们使用由一条共享微波线控制的五个硅量子比特，定位了控制误差的主要来源，并开发了补偿该误差的校准协议。研究发表于 Nature Physics。

量子比特（qubit）表示常规二进制态 0 和 1 的组合。在硅自旋量子比特中，信息编码于束缚在硅衬底中的电子自旋。微波信号操纵这些自旋以执行量子操作。有用的量子计算机必须同时执行大量此类操作，因此可靠的并行控制至关重要。

三量子比特同时操作时保真度超过 99.99%

团队的优化器件设计和仔细校准的微波脉冲使五个量子比特在单独测试时的单量子比特门保真度均远高于 99.99%，最佳接近 99.999%。保真度衡量量子操作的执行准确度。采用新协议后，最多三个量子比特同时操作时保真度仍高于 99.99%。

RIKEN 研究科学家、共同第一作者并监督实验的 Leon Camenzind 表示：“这表明即使多个量子比特同时运行，也能维持高保真度控制，是迈向扩展硅基量子处理器的重要一步。”

当五个量子比特全部同时运行时，保真度保持在约 99.9%，接近容错量子计算的实际要求。容错量子计算旨在即使存在错误也保持计算可靠。

JST Moonshot Goal 6 下硅量子计算项目的项目负责人 Seigo Tarucha 表示：“我们的长期目标是构建基于硅自旋量子比特的容错量子计算机，可靠的并行控制是实现该目标的关键一步。”

通过量子比特成对校准补偿相位偏移

研究人员将并行操作期间精度损失的主要来源追溯到 AC Stark 频移（AC Stark shift），这是由微波控制信号引起的效应。它改变量子比特的有效能级，并移动其量子态的相位。相位描述该量子态中波状分量之间的相对对齐关系。这些非期望频移会干扰执行目标操作所需的控制。

补偿这些频移需要一种可容纳更多量子比特、且无需单独测试所有可能组合的校准方法。第一作者 Yi-Hsien Wu 在博士研究期间完成了这些实验，他解释了团队如何应对该挑战：“我们的方法不要求为每一种可能的量子比特组合执行完全独立的校准流程，而是利用量子比特对之间的校准来补偿非期望相位偏移。”

Camenzind 表示：“通过成对校准解决控制误差的一个关键来源，我们的研究支持将共享控制线作为扩展量子处理器的可行方法。结合硅与成熟半导体制造的兼容性，我们认为这一进展有助于实现能够执行日益复杂计算的大型量子处理器。”

剩余精度损失归因于驱动诱导退相干（drive-induced decoherence），由同时操作所需的更高微波功率引起。这涉及量子相干性损失，不同于校准协议处理的相位偏移。Camenzind 表示：“这是一个限制，但进一步改进器件设计有助于缓解这一误差来源。”

Reference: “Simultaneous high-fidelity single-qubit gates in a spin qubit array” by Yi-Hsien Wu, Leon C. Camenzind, Patrick Bütler, Ik Kyeong Jin, Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Giordano Scappucci, Hsi-Sheng Goan and Seigo Tarucha, 15 October 2026, Nature Physics. DOI: 10.1038/s41567-026-03466-2