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量子計(jì)算錯(cuò)誤識(shí)別能力提升十倍

發(fā)布時(shí)間:2023-10-13 15:06:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

  美國(guó)和法國(guó)科學(xué)家開(kāi)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(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(cuò),但無(wú)論怎樣,有些錯(cuò)誤不可避免。量子計(jì)算機(jī)未來(lái)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(guò)程會(huì)引入更多錯(cuò)誤,使糾錯(cuò)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(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(lái)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(guò)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(méi)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(lái)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(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(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果出現(xiàn)問(wèn)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(lái)還可能適用于量子密碼、量子化學(xué)等領(lǐng)域。劉霞

(責(zé)編:常邦麗)

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