3月23日，深圳国际量子研究院研究员贺煜团队在《自然—纳米技术》发表最新研究成果。团队在国际上首次于原子级精度加工的硅基量子计算芯片上，演示了从通用逻辑门操作到变分量子算法的“全栈”逻辑运算要素，完成了硅基逻辑量子计算机的原型验证，为该体系从物理量子比特到容错逻辑编码的关键跨越，也为研制实用化硅基量子计算机迈出坚实一步。

量子计算潜力巨大，但环境噪声引发的计算错误是其走向实用的核心障碍。容错量子计算是根本解决方案，其核心是将信息编码到“逻辑量子比特”中进行冗余和纠错，类似于为信息穿上“防护衣”。硅基自旋量子比特因具有长相干时间、高操控精度以及与现有半导体芯片工艺兼容的天然优势，被视为构建大规模量子处理器最具前景的平台之一。尽管该平台近年来进步显著，但实现容错逻辑编码与通用逻辑操作，始终是尚未攻克的核心难题。

为此，研究团队利用扫描隧道显微镜氢掩膜光刻技术，以原子级精度加工了硅基量子处理器。团队设计的磷原子团簇量子计算架构，可以实现物理比特的良好寻址和全联通的高效多比特门，同时开发了抑制串扰的方案，为高保真操控提供了基本保障。团队采用高效的[[4,2,2]]量子错误探测码，在四个物理核自旋上编码了两个逻辑量子比特。[[4,2,2]]码是构建容错逻辑量子比特的最小单元之一，可作为未来大规模级联纠错架构的关键基础模块。

研究团队验证了在逻辑量子计算方面一系列紧密关联的核心要素。首先，他们演示了逻辑量子态的容错制备，其中包括逻辑纠缠态，并通过后处理校验显著提升了其保真度。此外，还成功演示了完整的通用逻辑量子门集。团队不仅实现了所有必要的单、双比特克利福德逻辑门，还通过一种与未来容错架构兼容的“测量诱导的量子门”方法，成功实现了逻辑T门。该门是构建通用量子计算机不可或缺、且难以实现的关键组件，与克利福德门组合后即可执行通用量子计算任务。这标志着在硅基平台上，构建通用容错量子处理器所需的全部核

为展示该量子处理器的实用潜力，团队在硅基逻辑量子比特上完成了量子算法演示并求解实际问题。团队在两个逻辑量子比特上成功运行了“变分量子本征求解”算法，精确计算了水分子的电子基态能量，计算结果与理论值误差仅为20 毫哈特里（mHa），未来有望进一步达到化学精度要求。这充分证明了该逻辑编码方案运行实用量子算法的可行性。

此外，团队还在硅基系统中制备了容错计算所必需的“逻辑魔术态”，为未来实现容错计算奠定了资源基础。团队还验证了硅基量子系统中“强偏置噪声”的错误偏好，这一特性有助于未来设计更高效、更节省资源的专用纠错方案。

未来，通过抑制信号串扰、扩展系统规模，并充分利用该研究提出的噪声偏置等独特物理特性，有望设计出更高效的容错方案，从而加速推动硅基逻辑量子计算机走向实际应用。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41565-026-02140-1