無差錯量子計(jì)算(suàn)機，或成為(wèi)成現實

         随着科技(jì)的發展以及制(zhì)造工藝的進步，現代計(jì)算(suàn)機在處理(lǐ)和(hé)存儲信息的過程中已經鮮少(shǎo)出現錯誤。然而，在關鍵應用處，即使是微小(xiǎo)的錯誤也會(huì)産生(shēng)嚴重的影(yǐng)響，因此基于處理(lǐ)數(shù)據的冗餘度驗證與糾錯機制(zhì)仍然被廣泛使用。

相比傳統計(jì)算(suàn)機，量子計(jì)算(suàn)機對外部噪聲更加敏感，因此其糾錯機制(zhì)至關重要。到目前為(wèi)止，雖然研究人(rén)員已成功在矽量子點中開(kāi)發了具有(yǒu)長信息保留時(shí)間(jiān)和(hé)高(gāo)精度量子運算(suàn)的單電(diàn)子自旋，但(dàn)量子非破壞保持依然十分困難。

近日，因斯布魯克大(dà)學的研究人(rén)員首次成功在兩個(gè)邏輯量子位上(shàng)實現了一套計(jì)算(suàn)操作(zuò)，在具有(yǒu)16個(gè)被捕獲原子的離子阱量子計(jì)算(suàn)機上(shàng)實現了這個(gè)通(tōng)用門(mén)集。這意味着容錯量子計(jì)算(suàn)機或将成為(wèi)現實。

量子門(mén)是構建量子計(jì)算(suàn)機的基本單元，實現高(gāo)保真度的量子門(mén)操作(zuò)是容錯量子計(jì)算(suàn)的必要條件。因此，研究人(rén)員在邏輯量子位中準備了一個(gè)特殊的狀态，并通(tōng)過糾纏門(mén)操作(zuò)将其傳送到另一個(gè)量子位來(lái)演示T門(mén)。

在編碼過的邏輯量子位中，存儲的量子信息被保護着，不會(huì)出錯。但(dàn)如果不進行(xíng)計(jì)算(suàn)操作(zuò)，這樣的量子位就是無用的。因此，研究人(rén)員在邏輯量子位上(shàng)進行(xíng)了操作(zuò)，使基礎物理(lǐ)操作(zuò)引起的錯誤可(kě)以被檢測和(hé)糾正，并在編碼的邏輯量子位上(shàng)實現了通(tōng)用門(mén)集的第一個(gè)容錯演示。

可(kě)以說，在容錯量子位中，實現基于兩個(gè)量子位(一個(gè) CNOT門(mén)，即量子受控非門(mén))和(hé)一個(gè)邏輯T門(mén)的計(jì)算(suàn)操作(zuò)難以進行(xíng)。但(dàn)該研究在離子阱量子計(jì)算(suàn)機上(shàng)實現了通(tōng)用量子門(mén)集，這對于容錯量子計(jì)算(suàn)機的發展具有(yǒu)重大(dà)意義。

目前，研究人(rén)員已經在量子計(jì)算(suàn)機上(shàng)證明(míng)了該容錯計(jì)算(suàn)的所有(yǒu)構建模塊；未來(lái)，他們準備在容積更大(dà)、效率更高(gāo)的量子計(jì)算(suàn)機上(shàng)實現這些(xiē)方法。