通过脉冲工程使硅量子比特保真度逼近非相干噪声极限

容错量子计算对性能的要求极为严苛。量子比特的操控、耦合与测量误差率必须远低于 1%。对于半导体实现方案，硅量子点自旋量子比特已展示出接近该阈值的平均单量子比特 Clifford 门错误率，特别是在同位素富集的 $^{28}$Si/SiGe 器件中达到 0.14% 的错误率。这一门性能，连同高保真双量子比特门与测量，仅在假设噪声为非相干时，才在某些架构中被认为满足容错量子计算阈值，且仍需要更低的错误率以减少开销。在此，我们通过实验表明，磁共振中广泛使用的脉冲工程技术，将硅量子点自旋量子比特的平均 Clifford 门错误率提升至 0.043%，较此前硅量子点器件的最佳结果提高了 3 倍。通过在随机基准测试中纳入层析完备测量，我们推断出一个称为单位arity（unitarity）的噪声高阶特征，其度量噪声的相干性。这反过来使我们能够从理论上预测，通过进一步的脉冲改进，平均门错误率有望低至 0.026%。这些保真度最终受马尔可夫噪声限制，我们将其归因于源自硅器件结构本身或环境的电荷噪声。