发布时间：2024-11-14 18:24:44 来源: sp20241114
美国和法国科学家开发了一种可揭示量子计算机出错位置的新方法，将识别量子计算错误的能力提升了10倍。这一研究将促进大规模量子计算机的研制。相关论文发表于11日出版的《自然》杂志。
近30年来，物理学家一直在不断改进量子比特性能，使其不那么脆弱也不容易出错，但无论怎样，有些错误不可避免。量子计算机未来发展面临的核心障碍之一是能够纠正这些错误。但首先必须弄清楚是否发生了错误，以及错误出现在何处，而检查错误的过程会引入更多错误，使纠错过程“雪上加霜”。
在最新研究中，耶鲁大学杰夫·汤普森领导的团队展示了一种比以往任何时候都更容易识别量子计算机何时发生错误的方法。
汤普森团队致力于研究基于中性原子的量子计算机。在最新研究中，在超高真空室内，量子比特存储在由聚焦激光束固定的单个镱原子的自旋内。汤普森等人使用一个由10个量子比特组成的阵列，来表征先单独操纵每个量子比特，然后操纵成对量子比特时，发生错误的概率。他们发现这种系统的出错率与现有技术相当：操纵单个量子比特时的出错率为0.1%，成对量子比特则为2%。
但最新研究的独特之处在于：不仅错误率低，而且是在不破坏量子比特的情况下，另辟蹊径对其进行表征。研究人员可在计算过程中监测量子比特，实时检测错误的发生。出错的量子比特发出闪光，没有出错的量子比特不受影响。
汤普森指出，实验结束前，他们可检测到约56%的单个量子比特错误和33%的成对量子比特错误，而且检查错误的行为带来的错误率增加不到0.001%。这意味着他们应该可检测到近98%的错误，同时将实现误差校正的计算成本降低一个数量级或更多。
【总编辑圈点】
量子计算机的速度远超传统计算机，但它在运算时却有两大干扰：首先是对量子比特进行的测量，而量子测量是随机的，会存在一定误差；其次量子比特还有噪声，这些噪声可能来自外部温度、辐射影响，也可能来自量子比特自身。这两大干扰都会导致量子计算机的运算结果出现问题。而今这项研究成功检测出大部分错误，提高了量子计算机的可靠性和安全性，其原理未来还可能适用于量子密码、量子化学等领域。
(责编：申佳平、陈键)