新协议可纠正由于量子位丢失引起的错误-可能是开发大型量子计算机的关键

时间：2021-10-15 07:52:14 来源：

该研究小组开发并实施了一种新协议，该协议可以在量子位丢失导致的错误情况下保护和纠正易碎的量子信息。

甚至量子计算机也会犯错误。他们的计算能力非凡。实际上，它远远超过了传统计算机。这是因为量子计算机中的电路是基于量子位的，这些量子位不仅可以表示0或1，而且可以利用量子力学原理表示0和1状态的叠加。尽管具有很大的潜力，但由于与外部环境的相互作用，量子位仍然非常脆弱并且容易出错。

为了解决这个关键问题，一个国际研究小组开发并实施了一种新协议，该协议可以在量子位丢失引起的错误情况下保护和纠正易碎的量子信息。该研究小组在自然杂志上发表了他们的研究结果。

该研究的作者之一，博洛尼亚大学的研究员戴维德·沃多拉（Davide Vodola）解释说：“开发功能全面的量子处理器仍然是全世界科学家面临的巨大挑战。”“这项研究使我们首次实现了一种协议，该协议可以检测并同时纠正由于量子位丢失引起的错误。这种能力可能被证明对于大规模量子计算机的未来发展至关重要。”

我们知道量子处理器对计算误差表现出一定的容忍度。但是我们对如何防止和纠正由于完全或部分丢失量子比特而导致的错误知之甚少。

当量子计算机详细说明数据时，某些量子位可能会从量子寄存器中完全丢失，或者会转变为不需要的电子状态。这两个过程的结果都是一种损失，可能会使量子处理器失去作用。因此，设计能够分析和减轻这些错误后果的基于理论和实验的技术极为重要。

“解决这个问题，我们的研究小组所做的第一件事就是开发一种有效的理论方法来解决这个问题，” Vodola说。“我们设法证明，存储在具有某些量子位的寄存器中的信息可以受到保护，并可以在其中一个量子位丢失的情况下完全检索到。”

然后，研究小组在现实生活中的量子处理器中实现了该协议。但是，这一点都不容易。实际上，为了评估量子位是否丢失，对其的直接测量将破坏量子寄存器中包含的所有信息。

研究小组提出了一个解决方案，即使用一个额外的量子位作为探针，并可以在不改变计算过程的情况下评估其他量子位的存在与否。这个想法行之有效，使研究人员能够成功地实时测试其协议。

Vodola证实：“我们对因斯布鲁克大学的俘获离子量子处理器的测试结果感到满意，”“相同的协议可以在其他研究中心或私人机构目前正在开发的不同量子计算机体系结构中实现。”

这项研究的标题是“量子比特损失的实验确定性校正”，并发表在《自然》杂志上。由奥地利因斯布鲁克大学（Innsbruck University）领导的研究小组进行了这项实验；研究人员分别是Rainer Blatt和Thomas Monz（捕获离子量子处理器团队的负责人），Roman Stricker，Martin Ringbauer和Phillip Schindler，他们进行了这项实验。博洛尼亚大学物理与天文学系的研究员Davide Vodola和德国亚琛工业大学的MarkusMüller也参加了这项研究。

参考：罗马·史翠克，戴维德·沃多拉，亚历山大·埃哈德，卢卡斯·波斯特勒，迈克尔·梅斯，马丁·林鲍尔，菲利普·辛德勒，托马斯·蒙茨，马库斯·穆勒和雷纳·布拉特，“实验确定性的比特损失校正”，自然。
10.1038 / s41586-020-2667-0

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