Quantum物理学家如何发明新的代码来实现许多人认为是不可能的

误差抑制打开通用量子计算的通路。

悉尼大学的科学家已经取得了一个量子行业内幕被描述为“许多研究人员认为不可能”的东西。

Benjamin Brown博士从物理学学院开发了一种用于量子计算机的纠错代码，这些代码将释放更多硬件来做有用的计算。它还提供了一种方法，可以允许像Google和IBM这样的公司设计更好的量子微芯片。

本杰明布朗博士是悉尼大学纳米学院和物理学学院的研究员。

他通过应用已经已知的代码来完成此操作，该代码以三维运行到二维框架。

“诀窍是使用时间作为第三维度。布朗博士说，我正在使用两个物理尺寸并加入时间，并将时间加入第三维度。“这打开了我们之前没有的可能性。”

他的研究今天（20020年5月22日）在科学推进上发表。

“这有点像针织，”他说。“每行就像一条一维线。你在羊毛行后编织行，随着时间的推移，这会产生一系列二维材料。“

容错量子计算机

减少量子计算中的错误是科学家面临的最大挑战之一，因为他们可以建立足够大的机器以解决有用的问题。

“因为量子信息如此脆弱，它会产生很多错误，”悉尼大学纳米学院研究员博士博士说。

斯蒂芬巴特利特教授在悉尼大学领先量子信息理论集团。他还在科学学院的研究中使院长。

完全消除这些错误是不可能的，因此目标是开发一个“容错”架构，其中有用的处理操作远远超过错误校正操作。

“您的手机或笔记本电脑将在单个错误触发空白屏幕或其他一些故障之前执行数十亿的操作。当前量子作业很幸运能为每20个操作少于一个错误 - 这意味着一小时的数百万个错误，“布朗博士也掌握了一个与工程化量子系统卓越中心的职位。

“这是很多滴眼的缝线。”

今天的实验量子计算机中的大多数构建块 - 量子位或Qubits - 被误差校正的“开销”占用。

“我抑制错误的方法是使用两维架构表面上运行的代码。Brown博士说，这是释放许多从错误校正的硬件，并让它继续使用有用的东西。“

Naomi Nickerson博士是Palo Alto，加利福尼亚州Palo Antiqualtum的Quantium建筑总监，并与研究没有连接。她说：“该结果建立了用于执行容错栅极的新选择，这具有大大减少开销的潜力并使实际量子计算更近。”

通用计算的途径

像Psiqualtum一样的初创企业，以及谷歌，IBM和微软的大型技术公司正在领先，是开发大规模量子技术的收费。找到允许允许其放大的错误的纠正代码是迫切需要进行扩展的。

Microsoft Quantum的高级研究员Michael Beverland博士并与该研究一起没有连接，说：“本文探讨了执行容错量子计算的令人兴奋，异国情调的方法，指向潜在地实现两个空间尺寸的通用量子计算，无需蒸馏，许多研究人员认为是不可能的。”

目前存在的二维代码需要留下伯沃兰博士指的是蒸馏，更精确地称为“魔术状态蒸馏”。这是量子处理器排序到多个计算的位置，并提取有用的位置。

这咀嚼了很多计算硬件，只需抑制错误。

“我已经应用了三维码的力量并将其调整为二维框架，”布朗博士说。

布朗博士今年一直很忙。三月他在欧洲风情社和悉尼大学的同事中出版了一篇论文。在那种研究中，他和同事开发了一个解码器，它识别并纠正了比以往更多的错误，从而实现了纠错的世界纪录。

“识别更常见的错误是另一种方法可以释放更多的处理能力以获得有用的计算，”布朗博士说。

Stephen Bartlettis教授是该论文的共同作者，并在悉尼大学领导了量子信息理论研究小组。

“我们在悉尼的小组非常专注于发现我们如何扩展量子效应，以便他们能够为大规模的设备提供大量的设备，”巴特利特教授表示，他也是科学学院的研究院长。

“博士布朗的工作表明了如何为量子芯片执行此操作。这种进展将使我们能够从少量数量的额度到非常大的数字，并建立将解决明天的大问题的超强强大的量子计算机。“

###

参考：

Benjamin J. Brown，2020年5月22日，“两维的表面代码的容错非克利福德门”的宽敞非克利福德门“科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.eaay4929.

David K. Tuckett，Stephen D. Bartlett，Steven T. Flammia和Benjamin J. Brown，2020年3月30日，史蒂文T.Baramia和Benjamin J. Brown，史蒂文T.Baramia和Benjamin J. Brown，史蒂文T.Baramia和Benjamin J. Brown。
10.1103 / physrevlett.124.130501

该研究得到了悉尼大学奖学金计划和澳大利亚研究委员会的支持，通过工程量子系统（EQUS）项目编号CE170100009的卓越中心支持。

对于澳大利亚政府的国家计算基础设施（NCI）提供高性能计算资源的访问，由悉尼大学资助的国家计算基础设施（NCI）提供。