英國《自然》雜志14日發(fā)表一項量子計算最新成果：谷歌人工智能設(shè)計的量子處理器“懸鈴木”實現(xiàn)了錯誤抑制的指數(shù)增長，該實驗演示為可擴展容錯量子計算機的開發(fā)鋪平了道路。這一結(jié)果被認為翻開人類計算能力的新篇章，因為它表明量子糾錯可以成功將錯誤率控制在一定范圍內(nèi)，并逼近量子計算機潛力的閾值。
量子計算一個目標就是以指數(shù)級倍數(shù)超過傳統(tǒng)經(jīng)典計算機的速度，去執(zhí)行特定計算任務(wù)。但量子計算機和經(jīng)典計算機一樣，很容易出現(xiàn)由底層物理系統(tǒng)“噪聲”引起的錯誤。行之有效的解決辦法，是在計算機操作中加入一種能在錯誤出現(xiàn)時發(fā)現(xiàn)并糾正這些錯誤的方法。一種量子糾錯方法使用量子糾錯碼，通過將多個量子比特(量子信息的單位，對應(yīng)經(jīng)典計算機的比特)當作一個邏輯量子比特，從而在不破壞邏輯量子比特中存儲信息的情況下，發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。但為了實現(xiàn)量子計算的潛力，邏輯錯誤率必須保持在很低的水平。
此次，美國谷歌的研究人員朱麗安·凱利及其同事，研究了“懸鈴木”處理器的量子糾錯能力。“懸鈴木”包含一個54超導(dǎo)量子比特的二維陣列。研究團隊運行了兩種量子糾錯碼：一種是最多由21個量子比特組成的一維鏈重復(fù)碼，用來測試錯誤抑制能力;另一種是由7個量子比特組成的二維表面碼，作為與更大碼的設(shè)置相容性的原理驗證實驗。
科學(xué)家團隊的研究表明，將重復(fù)碼基于的量子比特數(shù)量從5個提高到21個，對邏輯錯誤的抑制實現(xiàn)了最多100倍的指數(shù)增長。這種錯誤抑制能力在50次糾錯實驗中均表現(xiàn)穩(wěn)定。
這些結(jié)果之所以令人振奮，是因為它們表明量子糾錯可以成功將錯誤率控制在一定范圍內(nèi)。雖然這個錯誤率還沒達到實現(xiàn)量子計算機潛力的閾值，但此次最新的結(jié)果表明，“懸鈴木”架構(gòu)或已逼近這一閾值。(記者 張夢然)
總編輯圈點
量子計算機想要實現(xiàn)它的既定目標，還需要克服許多挑戰(zhàn)。比如在產(chǎn)生較大計算空間的同時保證計算錯誤率低，以及設(shè)計一種經(jīng)典計算機難以處理但量子計算機可以輕松完成的基準測試。其中，量子糾錯被公認為是實現(xiàn)可容錯通用量子計算的核心問題。此次科學(xué)家表明，量子糾錯已經(jīng)可以成功將錯誤率控制在一定范圍內(nèi)，無疑等于在該領(lǐng)域里邁出了一大步。未來，利用量子糾錯在邏輯比特層面上進行精密操作，都需以此為基礎(chǔ)。
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