By 肯纳 12 年 2022 月 XNUMX 日发布
开发量子计算机的最大挑战之一是错误 修正名词量子计算中的错误非常常见，主要是由于环境噪声和系统的整体脆弱性造成的。 这些错误可能会导致测量不准确并扭曲量子编程的结果。 很多公司，比如 IBM 和 谷歌，正在研究纠正这些错误或重新校准量子计算机以更加防错的方法。 在一篇新论文中 自然通讯普林斯顿大学的一个团队通过研究称为“擦除错误”的系统，提供了另一种纠错方法。
什么是量子纠错（QEC）？
因为量子比特是量子计算机的核心单元， 脆弱，它们很容易出错。 “现在量子计算的核心问题是获得足够的高保真量子位来实现量子纠错，”解释道 杰弗里·汤普森普林斯顿大学副教授、该研究的首席研究员接受采访时 内部量子技术。 对于大多数类型的量子纠错（质量保证委员会），一种算法用于识别和修复量子计算机内的错误。 虽然这些算法基于数学方法，但它们远非完美。 正如汤普森所解释的：“在 标准 在量子纠错中，您必须通过一组有限的观察结果（称为综合症测量）来确定量子位上发生的错误的位置和类型。” 虽然这些综合症测量有助于查明错误，但它们并不总是能成功纠正错误。 汤普森补充说：“当你没有足够的信息来明确地做出这些决定时，纠错就会失败，当错误太多时就会发生这种情况。”
查找擦除错误
汤普森和他的团队没有通过减少错误总数来解决这个问题，而是致力于使错误更容易识别。 他们在研究镱量子位的结构时几乎偶然发现了这一点。 镱外壳中的两个电子似乎并不是帮助纠错的关键。 通过深入研究错误的物理原因，研究人员能够开发出一种系统，可以从错误源中删除或消除不准确的数据。 擦除系统的工作原理是将量子误差与外部电子的能量转移联系起来。 汤普森称这个特殊的系统为“擦除错误”，它可以帮助显示数据不准确的地方。 “‘擦除’错误是一种特殊类型，它会暴露自己的位置，因此您可以使用更多的综合症信息来找出错误类型，”汤普森说。 “这使您可以处理更多错误，从而提高纠错性能。” 擦除错误在经典计算中相当常见，但现在才在量子计算中被考虑。
研究人员发现，利用擦除错误，他们的新技术可以承受 4.1% 错误率，这对于当前的量子计算机来说是可行的。 以前的系统只能承受 1% 的错误率，然后就会被更高百分比的错误淹没。 汤普森认为，更高的百分比可以使具有更多量子位的更大的量子计算机成为现实。 “如果你的量子位偏向于擦除错误，那么你就不需要那么多，而且它们的性能可能会更差，”汤普森补充道。 “对于某些参数范围，与传统量子位相比，擦除偏置量子位可能需要减少 10 倍甚至 100 倍的量子位才能实现一定水平的 QEC 性能。” 对于许多希望扩大量子计算机规模的公司来说，擦除错误系统可能是实现这些目标的关键。 汤普森说：“也许可以巧妙地重新设计现有的量子位来实现这一目标。” “人们对这个想法很感兴趣。”
Kenna Hughes-Castleberry 是《Inside Quantum Technology》的特约撰稿人，也是 JILA（科罗拉多大学博尔德分校和 NIST 的合作机构）的科学传播员。 她的写作主题包括深度科技、虚拟宇宙和量子技术。 您可以在她的网站上找到更多她的作品： https://kennacastleberry.com/
