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美國和法國科學(xué)家開發(fā)了一種可揭示量子計算機(jī)出錯位置的新方法，將識別量子計算錯誤的能力提升了10倍。這一研究將促進(jìn)大規(guī)模量子計算機(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，但無論怎樣，有些錯誤不可避免。量子計算機(jī)未來發(fā)展面臨的核心障礙之一是能夠糾正這些錯誤。但首先必須弄清楚是否發(fā)生了錯誤，以及錯誤出現(xiàn)在何處，而檢查錯誤的過程會引入更多錯誤，使糾錯過程“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)隊展示了一種比以往任何時候都更容易識別量子計算機(jī)何時發(fā)生錯誤的方法。

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

但最新研究的獨特之處在于：不僅錯誤率低，而且是在不破壞量子比特的情況下，另辟蹊徑對其進(jìn)行表征。研究人員可在計算過程中監(jiān)測量子比特，實時檢測錯誤的發(fā)生。出錯的量子比特發(fā)出閃光，沒有出錯的量子比特不受影響。

湯普森指出，實驗結(jié)束前，他們可檢測到約56%的單個量子比特錯誤和33%的成對量子比特錯誤，而且檢查錯誤的行為帶來的錯誤率增加不到0.001%。這意味著他們應(yīng)該可檢測到近98%的錯誤，同時將實現(xiàn)誤差校正的計算成本降低一個數(shù)量級或更多。

【總編輯圈點】

量子計算機(jī)的速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機(jī)，但它在運算時卻有兩大干擾：首先是對量子比特進(jìn)行的測量，而量子測量是隨機(jī)的，會存在一定誤差；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。這兩大干擾都會導(dǎo)致量子計算機(jī)的運算結(jié)果出現(xiàn)問題。而今這項研究成功檢測出大部分錯誤，提高了量子計算機(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。