米兰-多种纠错技术“护驾”量子计算—新闻—科学网

IBM公司的量子计较机展现模子。图片来历：英国《新科学家》杂志网站

虽然量子计较机范畴的研究进展突飞大进，但量子计较机的“脾气”仍不不变，轻易犯错，还没有法投入现实利用。为此，包罗谷歌和IBM等在内的浩繁公司竞相开辟量子纠错手艺，旨在为终究实现不变靠得住的量子计较系统奠基根本。

他们获得的一系列冲破性功效，正将量子纠错手艺推向新高度。这些功效不但彰显了量子纠错手艺的庞大潜力，也拓宽了量子计较的鸿沟。正如英国剑桥年夜学科学家杰米 维卡里10月1日接管英国《新科学家》周刊网站采访时所言：忽然间，真正有效的量子计较装备竟如斯“近在咫尺”。

量子纠错手艺应运而生

传统计较机利用“比特”处置信息，每一个比特只能代表0或1。而量子计较机的根基信息处置单位为“量子比特”，它们可以同时处在0和1的“叠加态”。这类特征使量子计较性能比传统计较机更快处置某些使命。

此前数年，量子计较机公司年夜多寻求“以年夜为美”：不竭增添系统内量子比特的数目，以期打造出更壮大的量子计较装备。但量子比特极为敏感，轻易遭到情况噪声的影响，从而呈现毛病。

今朝，世界上最早进的量子计较机在履行量子运算时，最多只能保持几百次无误差操作。但是，为了实现真实的量子优势——即量子装备能做到通俗装备做不到的工作，这一数字必需爬升至百万次，乃至数万亿次。有科学家估量，要履行一个年夜范围具有适用意义的量子算法，可能需要将量子比特的犯错率节制在1×10-10以下。

《电子工程时报》欧洲分部本年5月颁发的一篇文章也指出，现有量子计较机凡是每进行一百次计较就会呈现一次毛病，即毛病率为10-2，远未到达当前经典计较机所实现的10-18。

极高的易错性，成为量子计较实现其伟年夜愿景的最年夜“拦路虎”，量子纠错手艺应运而生。

逻辑量子比特纠错结果初显

多家公司纷纭将留意力投向逻辑量子比特。逻辑量子比特由物理量子比特经由过程量子纠缠毗连而成，它经由过程将不异数据存储在分歧处所来削减量子计较机的毛病。

本年8月，谷歌科学家颁发论文称，经由过程向计较机中添加更多物理量子比特来构建逻辑量子比特时，毛病不会像滚雪球般变得没法节制，而是在到达某个阈值后，跟着系统的扩年夜而削减。

研究团队注释称，此中的道理是将信息分离在一组量子比特中，即使此中一个量子比彪炳现毛病，别的的物理量子比特依然可以供给足够的信息，包管计较成果的正确性。这一成果为将来实现年夜范围容错量子计较奠基了坚实的根本。

不外，英国帝国理工学院的罗伯托 邦代桑指出，谷歌的工作其实不触及真实的量子计较，但这些量子比特可以作为存储器利用。

本地时候9月10日，微软公司也传出动静。据其官网报导，该公司与量子计较公司Quantinuum成功纠缠了12个逻辑量子比特，并缔造了有史以来最高的计较保真度。研究团队还利用逻辑量子比特连系人工智能和云端高机能计较，展现了首个端到端化学摹拟，解决了现实化学困难。

微软团队注释称，新冲破得益在两个要害要素：作为硬件的H2离子阱量子计较机，和作为软件的Azure Quantum量子比特虚拟化平台。微软的量子计较机采取一系列磁捕捉的带电粒子，而非谷歌公司所利用的超导线。这使它可以或许采取一种非凡的量子纠错手艺来庇护量子信息——该手艺将物理量子比特摆列成一个四维超立方体几何布局，从而庇护逻辑量子。

邦代桑强调，从道理上来说，这类方式可以或许利用更少的物理量子比特来编码更多的逻辑量子比特，是以效力可能更高。

与此同时，微软还公布与原子计较公司联手打造世界上最壮大的计较机，下一步力图实现1000个高机能逻辑量子比特。

另外，客岁底，来自美国哈佛年夜学、QuEra等的科学家，在《天然》杂志刊发论文，展现了他们用中性原子系统研发的48个逻辑量子比特的量子计较原型机，并展现了对这些逻辑量子比特的逻辑操作。

玻色编码纠错成新宠

除构建逻辑量子比特外，也有科学家另辟门路，开辟其他量子纠错手艺。

据《新科学家》周刊网站报导，美国耶鲁年夜学的本杰明 布罗克和其同事，测试了一种名为玻色编码的纠错手艺。这一方式奇妙地将毛病散布在量子计较机的振动上。该系统利用了可以取更多值的“高维量子比特”，是以在理论上具有更壮大的纠错能力。

紧接着，本年9月，亚马逊量子计较团队展现了另外一种名为“范围量子比特”的玻色编码手艺。与谷歌的研究成果近似，其毛病会跟着系统的扩年夜而削减。

英国伦敦年夜学学院的丹 布朗暗示，谷歌和微软的方式更偏重在主流的、基在量子比特的量子计较；而耶鲁和亚马逊研究团队引入的玻色编码则更新奇，且更具摸索性。

此前，谷歌和IBM公司曾宣称，适用的容错量子计较机最早在2029年面世。但是，布朗等人也指出，完全容错的系统可能仍遥不成和，需要科学家们上下求索。

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