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美國(guó)和法國(guó)科學(xué)家開發(fā)了一種可揭示量子計(jì)算機(jī)出錯(cuò)位置的新方法，將識(shí)別量子計(jì)算錯(cuò)誤的能力提升了10倍。這一研究將促進(jìn)大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)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，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(cuò)，但無論怎樣，有些錯(cuò)誤不可避免。量子計(jì)算機(jī)未來發(fā)展面臨的核心障礙之一是能夠糾正這些錯(cuò)誤。但首先必須弄清楚是否發(fā)生了錯(cuò)誤，以及錯(cuò)誤出現(xiàn)在何處，而檢查錯(cuò)誤的過程會(huì)引入更多錯(cuò)誤，使糾錯(cuò)過程“雪上加霜”。

在最新研究中，耶魯大學(xué)杰夫·湯普森領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)展示了一種比以往任何時(shí)候都更容易識(shí)別量子計(jì)算機(jī)何時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的方法。

湯普森團(tuán)隊(duì)致力于研究基于中性原子的量子計(jì)算機(jī)。在最新研究中，在超高真空室內(nèi)，量子比特存儲(chǔ)在由聚焦激光束固定的單個(gè)鐿原子的自旋內(nèi)。湯普森等人使用一個(gè)由10個(gè)量子比特組成的陣列，來表征先單獨(dú)操縱每個(gè)量子比特，然后操縱成對(duì)量子比特時(shí)，發(fā)生錯(cuò)誤的概率。他們發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)的出錯(cuò)率與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)：操縱單個(gè)量子比特時(shí)的出錯(cuò)率為0.1%，成對(duì)量子比特則為2%。

但最新研究的獨(dú)特之處在于：不僅錯(cuò)誤率低，而且是在不破壞量子比特的情況下，另辟蹊徑對(duì)其進(jìn)行表征。研究人員可在計(jì)算過程中監(jiān)測(cè)量子比特，實(shí)時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤的發(fā)生。出錯(cuò)的量子比特發(fā)出閃光，沒有出錯(cuò)的量子比特不受影響。

湯普森指出，實(shí)驗(yàn)結(jié)束前，他們可檢測(cè)到約56%的單個(gè)量子比特錯(cuò)誤和33%的成對(duì)量子比特錯(cuò)誤，而且檢查錯(cuò)誤的行為帶來的錯(cuò)誤率增加不到0.001%。這意味著他們應(yīng)該可檢測(cè)到近98%的錯(cuò)誤，同時(shí)將實(shí)現(xiàn)誤差校正的計(jì)算成本降低一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。

【總編輯圈點(diǎn)】

量子計(jì)算機(jī)的速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，但它在運(yùn)算時(shí)卻有兩大干擾：首先是對(duì)量子比特進(jìn)行的測(cè)量，而量子測(cè)量是隨機(jī)的，會(huì)存在一定誤差；其次量子比特還有噪聲，這些噪聲可能來自外部溫度、輻射影響，也可能來自量子比特自身。這兩大干擾都會(huì)導(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)問題。而今這項(xiàng)研究成功檢測(cè)出大部分錯(cuò)誤，提高了量子計(jì)算機(jī)的可靠性和安全性，其原理未來還可能適用于量子密碼、量子化學(xué)等領(lǐng)域。