荷蘭量子計算公司QuTech的研究人員與代爾夫特理工大學、荷蘭國家應用科學院(TNO)合作，在量子糾錯方面達到了一個新里程碑。他們將編碼量子數據的高保真操作與可擴展的方案集成在一起，實現了重復數據穩定。研究成果近日發表在《自然·物理學》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、串擾和不完善的校準。幸運的是，量子糾錯理論規定了在同步保護量子數據免受此類錯誤影響的同時進行計算的可能性。
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與當今嘈雜的中級量子處理器區分開來。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生的錯誤，從而在處理編碼信息時保護這些信息。
根據理論，只要物理錯誤的發生率低于閾值，并且用于邏輯運算和穩定的電路是容錯的，邏輯錯誤率可以被指數級抑制。
因此，增加冗余并使用越來越多的量子位來編碼數據，凈誤差就會下降。代爾夫特理工大學的研究人員與TNO合作，朝著這個目標邁出了重要一步，實現了一個由七個物理量子位(超導傳輸子)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行計算所需的所有操作。這種將高保真邏輯運算與重復穩定的可擴展方案相結合是量子糾錯的關鍵步驟。
研究人員解釋說，到目前為止，他們不僅實現了編碼和穩定，也證明了可以進行計算。這就是容錯計算機最終必須做的事情：同時處理和保護數據免受錯誤影響。
研究人員進行三種類型的邏輯量子位操作：在任何狀態下初始化邏輯量子位，用門轉換它，并測量它。研究表明以上都可直接對編碼信息進行操作。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級下降。我們目前已將重點轉向17個物理量子位，接下來將是49個。我們量子計算機架構的所有層都旨在實現這種擴展。”(記者 張夢然)
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