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美國和法國科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種可揭示量子計算機出錯位置的新方法，將識別量子計算錯誤的能力提升了 10 倍。這一研究將促進(jìn)大規模量子計算機的研制。相關(guān)論文發(fā)表于 11 日出版的《自然》雜志。
近 30 年來(lái)，物理學(xué)家一直在不斷改進(jìn)量子比特性能，使其不那么脆弱也不容易出錯，但無(wú)論怎樣，有些錯誤不可避免。量子計算機未來(lái)發(fā)展面臨的核心障礙之一是能夠糾正這些錯誤。但首先必須弄清楚是否發(fā)生了錯誤，以及錯誤出現在何處，而檢查錯誤的過(guò)程會(huì )引入更多錯誤，使糾錯過(guò)程“雪上加霜”。
在最新研究中，耶魯大學(xué)杰夫·湯普森領(lǐng)導的團隊展示了一種比以往任何時(shí)候都更容易識別量子計算機何時(shí)發(fā)生錯誤的方法。
湯普森團隊致力于研究基于中性原子的量子計算機。在最新研究中，在超高真空室內，量子比特存儲在由聚焦激光束固定的單個(gè)鐿原子的自旋內。湯普森等人使用一個(gè)由 10 個(gè)量子比特組成的陣列，來(lái)表征先單獨操縱每個(gè)量子比特，然后操縱成對量子比特時(shí)，發(fā)生錯誤的概率。他們發(fā)現這種系統的出錯率與現有技術(shù)相當：操縱單個(gè)量子比特時(shí)的出錯率為 0.1%，成對量子比特則為2%。
但最新研究的獨特之處在于：不僅錯誤率低，而且是在不破壞量子比特的情況下，另辟蹊徑對其進(jìn)行表征。研究人員可在計算過(guò)程中監測量子比特，實(shí)時(shí)檢測錯誤的發(fā)生。出錯的量子比特發(fā)出閃光，沒(méi)有出錯的量子比特不受影響。
湯普森指出，實(shí)驗結束前，他們可檢測到約 56% 的單個(gè)量子比特錯誤和 33% 的成對量子比特錯誤，而且檢查錯誤的行為帶來(lái)的錯誤率增加不到 0.001%。這意味著(zhù)他們應該可檢測到近 98% 的錯誤，同時(shí)將實(shí)現誤差校正的計算成本降低一個(gè)數量級或更多。
【總編輯圈點(diǎn)】
量子計算機的速度遠超傳統計算機，但它在運算時(shí)卻有兩大干擾：首先是對量子比特進(jìn)行的測量，而量子測量是隨機的，會(huì )存在一定誤差;其次量子比特還有噪聲，這些噪聲可能來(lái)自外部溫度、輻射影響，也可能來(lái)自量子比特自身。這兩大干擾都會(huì )導致量子計算機的運算結果出現問(wèn)題。而今這項研究成功檢測出大部分錯誤，提高了量子計算機的可靠性和安全性，其原理未來(lái)還可能適用于量子密碼、量子化學(xué)等領(lǐng)域。
