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打破不可能:量子計算新型糾錯代碼問世,時間是第三維度

2020-06-04 09:44:25 來源:雷鋒網
無論是全球各地的政府機構和大學機構,還是像 IBM 和 Google 這樣的科技巨頭,都在試圖回答這樣一個關于量子計算的問題:如果無法連續地輸出可靠無誤的結果,量子計算機將如何發揮其巨大的潛力?

 

資料圖

 

從多個角度來看,機械脆弱性、工程復雜性、需要無菌且低溫的環境都是引起量子計算出現誤差的潛在因素,而最關鍵的因素在于量子比特翻轉——這種情況發生的概率極大。

然而,在創造出真正有用的通用量子計算機之前,盡可能地減少量子計算機出現誤差,是當前科學家面臨的最大的挑戰。

為了確保量子計算機在因誤差導致的“宕機”或是量子退相干之前正常運行并輸出結果,目前,已有不少科學家和工程師聲稱自己找到了檢測和糾正這些誤差的方法。其中,一種被稱為“表面代碼”的解決方案備受關注。

雷鋒網了解到,表面代碼在魯棒性方面具有優勢,而且它非常適用于二維環境(比如芯片)。更重要的是,在發生量子糾纏時,它可以幫助單個量子位與同一晶格的其他量子位共享信息。也就是說,當測量量子位時,表面代碼會顯示出相鄰量子位之間的誤差。

若要讓量子計算機來處理復雜的任務,糾錯代碼就必須能夠執行量子門——這是對量子位信息進行的最基礎的邏輯操作,組合起來就可以運行算法。物理學家已經描述了兩種實現通用量子計算所必須的量子門計算(通過不同的數學方法來區分),其中之一就是 Clifford 門,這條路線只能與魔態蒸餾技術(一種使用多種嘈雜量子態進行非 Clifford 門的操作)配合使用。

悉尼大學物理學院的研究人員 Benjamin Brown 說:

沒有魔態蒸餾技術或是類似的技術,量子計算機就像沒有除法按鈕的計算機,它的功能受到了限制。然而,Clifford 門與非 Clifford 門的結合需要耗費大量的資源,可能導致量子計算機的資源不足以處理其他任務。

因此,Benjamin Brown 開發了一種新型的非 Clifford 門的糾錯方法,從而大大減輕了蒸餾的負擔。這個方法就涉及到上文所提到的表面代碼,只不過,Benjamin Brown 對二維的表面代碼進行了優化,讓它可以適用于三維環境,時間是第三維度。這一研究已經發表在了《Sience Advance》上。

Benjamin Brown 表示,這一研究在理論上和數學上都被證明具有可行性,接下來就是模擬代碼,在實踐中查看結果。

雷鋒網獲悉,微軟量子研究實驗室的研究院 Michael Beverland 也評論了這項研究:

Benjamin Brown 探索了一種奇妙的方式來對量子計算進行糾錯。該研究是振奮人心的,畢竟許多研究人員認為這些是不可能的實現的。
 


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