荷蘭量子計算公司QuTech的研究人員與代爾夫特理工大學(xué)、荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)院(TNO)合作，在量子糾錯方面達(dá)到了一個新里程碑。他們將編碼量子數(shù)據(jù)的高保真操作與可擴(kuò)展的方案集成在一起，實現(xiàn)了重復(fù)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。研究成果近日發(fā)表在《自然·物理學(xué)》12月刊上。

物理量子位容易出錯，這些誤差有多種來源，包括量子退相干、串?dāng)_和不完善的校準(zhǔn)。幸運的是，量子糾錯理論規(guī)定了在同步保護(hù)量子數(shù)據(jù)免受此類錯誤影響的同時進(jìn)行計算的可能性。

QuTech的萊昂納多·狄卡羅教授表示，兩種功能將糾錯量子計算機(jī)與當(dāng)今嘈雜的中級量子處理器區(qū)分開來。首先，它將處理以邏輯量子位而不是物理量子位(每個邏輯量子位由許多物理量子位組成)編碼的量子信息。其次，它將使用與計算步驟交錯的量子奇偶校驗來識別和糾正物理量子位中發(fā)生的錯誤，從而在處理編碼信息時保護(hù)這些信息。

根據(jù)理論，只要物理錯誤的發(fā)生率低于閾值，并且用于邏輯運算和穩(wěn)定的電路是容錯的，邏輯錯誤率可以被指數(shù)級抑制。

因此，增加冗余并使用越來越多的量子位來編碼數(shù)據(jù)，凈誤差就會下降。代爾夫特理工大學(xué)的研究人員與TNO合作，朝著這個目標(biāo)邁出了重要一步，實現(xiàn)了一個由七個物理量子位(超導(dǎo)傳輸子)組成的邏輯量子位。

QuTech的芭芭拉·特豪教授稱，新研究表明可使用編碼信息進(jìn)行計算所需的所有操作。這種將高保真邏輯運算與重復(fù)穩(wěn)定的可擴(kuò)展方案相結(jié)合是量子糾錯的關(guān)鍵步驟。

研究人員解釋說，到目前為止，他們不僅實現(xiàn)了編碼和穩(wěn)定，也證明了可以進(jìn)行計算。這就是容錯計算機(jī)最終必須做的事情：同時處理和保護(hù)數(shù)據(jù)免受錯誤影響。

研究人員進(jìn)行三種類型的邏輯量子位操作：在任何狀態(tài)下初始化邏輯量子位，用門轉(zhuǎn)換它，并測量它。研究表明以上都可直接對編碼信息進(jìn)行操作。對于每種類型，研究人員觀察到容錯變體的性能高于非容錯變體。容錯操作是減少物理量子位錯誤累積為邏輯量子位錯誤的關(guān)鍵。

狄卡羅表示：“隨著我們增加編碼冗余，凈錯誤率實際上呈指數(shù)級下降。我們目前已將重點轉(zhuǎn)向17個物理量子位，接下來將是49個。我們量子計算機(jī)架構(gòu)的所有層都旨在實現(xiàn)這種擴(kuò)展。”(科技日報記者 張夢然)

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