科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

來自奧地利因斯布魯克大學(xué)和德國亞琛工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，首次在離子阱量子計(jì)算機(jī)上使用兩種不同的量子糾錯(cuò)碼實(shí)現(xiàn)了一組通用量子門。也就是說，利用新方法，量子計(jì)算機(jī)將能有效抑制錯(cuò)誤，從而更有效地進(jìn)行無錯(cuò)誤計(jì)算。研究成果1月24日發(fā)表于《自然·物理》雜志。

計(jì)算機(jī)錯(cuò)誤大多能借助技術(shù)措施進(jìn)行預(yù)防，或在計(jì)算過程中被發(fā)現(xiàn)并嘗試糾正。在量子計(jì)算機(jī)中糾正錯(cuò)誤的確不容易，因?yàn)闊o法復(fù)制未知的量子態(tài)。這意味著在計(jì)算過程中無法多次保存量子態(tài)，也無法通過比較副本來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。

受經(jīng)典計(jì)算機(jī)科學(xué)啟發(fā)，量子物理學(xué)開發(fā)了一種不同的方法，即將量子信息分布到多個(gè)糾纏的量子比特上，以此實(shí)現(xiàn)冗余存儲(chǔ)。這種方法的實(shí)現(xiàn)方式由“糾錯(cuò)碼”定義。

2022年，該研究團(tuán)隊(duì)在容錯(cuò)量子比特上實(shí)現(xiàn)了一組通用操作，展示了如何在量子計(jì)算機(jī)上編程算法，以便有效地糾正錯(cuò)誤。然而，不同的量子糾錯(cuò)碼也帶來了不同的難題。依據(jù)相關(guān)定理，在量子計(jì)算領(lǐng)域，尚未發(fā)現(xiàn)一種糾錯(cuò)碼能夠在不受到任何錯(cuò)誤干擾的前提下，輕松實(shí)現(xiàn)邏輯量子比特所需的所有門操作，同時(shí)又能免受錯(cuò)誤影響。

為了規(guī)避這一難題，團(tuán)隊(duì)提出了一種方法，使量子計(jì)算機(jī)能夠在兩種糾錯(cuò)碼之間以容錯(cuò)的方式來回切換。這樣，當(dāng)?shù)谝环N糾錯(cuò)碼中出現(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)的邏輯門時(shí)，量子計(jì)算機(jī)就可以切換到第二種糾錯(cuò)碼。這有助于實(shí)現(xiàn)計(jì)算所需的所有門。