悉尼大学纳米研究所量子控制实验室的科学家们，在量子计算领域取得关键进展，首次展示了一种量子逻辑门，该技术显著减少了构建大规模量子计算机所需的物理量子比特数量。研究团队利用戈特斯曼-基塔耶夫-普雷斯基尔(GKP)纠错码，在单个捕获离子(带电镱原子)中构建了纠缠逻辑门，为量子计算硬件的高效设计开辟了新路径。

GKP代码因能将连续量子振荡转换为离散状态而得名“量子计算的罗塞塔石碑”，其理论优势在于可大幅降低逻辑量子比特所需的物理量子比特数量。然而，此前受限于编码复杂性和控制难度，这一技术长期停留在理论阶段。悉尼大学团队通过精确操控捕获离子的谐波运动，首次实现了GKP量子比特的通用逻辑门集。“我们利用单个原子的量子振动，将两个可纠错的逻辑量子比特存储于同一离子中，并演示了它们之间的纠缠，”项目负责人Tingrei Tan博士表示，“这一突破得益于量子控制实验室与初创公司Q-CTRL合作开发的软件，该软件通过物理模型优化量子门设计，最大限度减少了GKP逻辑量子位的失真。”

实验中，团队在室温下使用保罗阱束缚单个镱离子，借助激光阵列控制其三维振动，生成复杂的GKP码。第一作者瓦西里·马索斯指出：“通过纠缠同一原子内两个量子态实现的逻辑门，是量子技术的重要里程碑。”这一成果不仅验证了GKP代码的物理可行性，更证明其可通过减少物理量子比特数量提升计算效率，为应对量子计算机扩展的资源开销挑战提供了关键工具。Tan博士总结道：“我们的研究为大规模量子信息处理奠定了基础，未来有望以更高效的硬件实现量子编程。”

更多信息： Matsos, V. 等人，Gottesman-Kitaev-Preskill 逻辑量子比特的通用量子门集，《自然物理》(2025)。期刊信息： 《自然物理》