科学家离纠错量子计算机又近了一步

错误时有发生——尤其是在量子计算机中。众所周知，构成机器的脆弱的量子位或量子比特容易出错，但现在科学家们已经证明它们可以修复这些错误。

利用量子力学规则的计算机有望使标准计算机无法进行计算(SN:6/29/17)。但如果没有修复计算机错误的机制，量子计算机吐出的答案可能是官话(SN:6/22/20)。

研究人员在10月4日的《自然》杂志上报告说，将多个量子位的力量结合到一个可以解决错误问题。科学家们使用九个量子比特来制造一个单一的、改进的量子比特，称为逻辑量子比特，与制造它的单个量子比特不同，它可以被探测以检查错误。

“这是构建大型量子计算机的关键示范，”英国布莱顿苏塞克斯大学的量子物理学家WinfriedHensinger说，他没有参与这项新研究。

尽管如此，这条路仍然很长，Hensinger说。为了进行复杂的计算，科学家们将不得不大幅增加机器中的量子位数量。但现在科学家们已经证明他们可以控制错误，他说，“没有什么能从根本上阻止我们建造一台有用的量子计算机。”

在逻辑量子比特中，信息是冗余存储的。这使研究人员能够检查和修复数据中的错误。芝加哥大学的量子物理学家大卫舒斯特说：“如果它的一部分丢失了，你可以从其他部分重建它，就像伏地魔一样。”他没有参与这项新研究。(哈利波特的恶棍通过将灵魂隐藏在多个称为魂器的物体中来保护他的灵魂。)

在这项新研究中，四个额外的辅助量子位与逻辑量子位连接，以识别其数据中的错误。未来的量子计算机可以使用逻辑量子比特代替原始的、有缺陷的量子比特进行计算，反复检查和修复任何突然出现的错误。

为了制造他们的逻辑量子位，研究人员使用了一种称为Bacon-Shor代码的技术，将其应用于由镱离子制成的量子位，镱离子悬停在真空中的离子捕获芯片上方，该芯片由激光操纵。研究人员还设计了操作顺序，使错误不会不受控制地增加，这就是所谓的“容错”。

马里兰大学帕克分校和杜克大学的量子物理学家ChristopherMonroe说，由于这些努力，新的逻辑量子比特的错误率低于构成它的最有缺陷的组件。

然而，团队并没有完全完成为纠错设想的完整过程。当计算机检测到出现的错误时，研究人员并没有纠正错误并继续进行计算。相反，他们在计算机完成后修复错误。在一个成熟的例子中，科学家们会在运行中多次检测和纠正错误。

演示量子纠错是构建有用的量子计算机的必要条件。“这就像通过[核]裂变达到临界状态，”舒斯特说。一旦核科学障碍在1942年通过，它就导致了核能和原子弹等技术(SN:11/29/17)。