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《自然》:自动纠正量子误差新方法被发现 构建容错量子计算机迈出一步

2021-03-18 14:10 前瞻网   

 

《自然》:自动纠正量子误差新方法被发现 构建容错量子计算机迈出一步

由美国陆军和空军资助的联合研究人员已经朝着构建容错量子计算机迈出了一步,该计算机可以提供更强的数据处理能力。

量子计算在促进材料发现、人工智能、生物化学工程等许多其他学科方面潜力无限,然而,由于量子计算机的基本构造模块——量子位本身就很脆弱,量子计算的一个长期障碍是有效地实现量子误差修正。

马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的研究人员发现了一种方法,可以保护量子信息不受超导系统中常见误差源的影响。超导系统是实现大规模量子计算机的主要平台之一。这项发表在《自然》杂志上的研究,实现了一种自动纠正量子误差的新方法。

ARO是美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM,陆军研究实验室)的一个组成部分。作为空军研究实验室的一部分,AFOSR为空军和太空部队的基础研究提供支持。

“这是一个非常激动人心的成就,不仅因为团队能够演示基本误差修正概念,还因为结果显示,整个方法以资源效率高方式实现。” ARO量子信息科学项目经理Sara Gamble说,“随着量子计算系统的规模扩大到陆军相关应用所需的规模,效率变得越来越重要。”

今天的计算机是由代表经典位的晶体管组成的,要么是1,要么是0。量子计算是一种使用量子位或量子比特进行计算的新范式,利用量子叠加和纠缠可以获得指数级的处理能力。

现有的量子纠错演示是活跃的,这意味着它们需要定期检查错误并立即修复它们。这就需要硬件资源,从而阻碍了量子计算机的扩展。

相反,研究人员的实验通过调整量子比特所经历的摩擦或耗散来实现被动量子误差修正。由于摩擦通常被认为是量子相干性的克星,这个结果可能显得令人惊讶。诀窍在于耗散必须以量子的方式来设计。

这种一般的策略在理论上已经有20年的历史了,但如何获得这种耗散并将其用于量子误差修正一直是一个挑战。

AFOSR的量子信息科学项目官员格蕾丝·梅特卡夫(Grace Metcalfe)博士说,“展示这些非传统的方法有望激发出更聪明的想法,来克服量子科学中一些最具挑战性的问题。”

展望未来,研究人员表示,这意味着可能有更多的途径来保护量子比特不受错误的影响,而且成本更低。

“尽管我们的实验仍是一个相当初级的论证,但我们最终实现了耗散QEC的这种反直觉的理论可能性。”马萨诸塞大学阿默斯特分校的物理学家Chen Wang博士说。“从中长期来看,这项实验为建造一种实用的容错量子计算机提供了可能性。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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