1+1>2，科学家离纠错量子计算机又近了一步

光子盒研究院出品

马里兰大学联合量子研究所(JQI)研究员Christopher Monroe(他也是IonQ公司的联合创始人)的团队与杜克大学的同事合作取得了重要进展，第一次在实验中通过多个错误率更高的物理量子比特实现了一个错误率更低的逻辑量子比特。科学家离纠错量子计算机又近了一步。

10月4日，相关论文发表在《自然》杂志上[1]。

在他们的实验中，研究人员将几个量子比特组合在一起，作为一个称为逻辑量子比特的单元进行工作。他们基于量子纠错码创建了逻辑量子比特，因此与单个物理量子比特不同，它们可以轻松地检测和纠正错误，变得容错，并将不利影响降至最低。

马里兰大学物理系教授、JQI研究员Monroe表示：“由相同原子离子组成的量子比特本质上是非常干净的。但在某些时候，如果你需要大量的量子比特和操作，那么你必须进一步减少错误，增加量子比特和以不同方式编码信息来减少错误会更容易。原子离子纠错码的优点是非常高效，可以通过软件控制灵活开启。”

Monroe实验室里一个装有离子阱量子计算机的箱子。

这是首次证明逻辑量子比特比创建它所需的最容易出错的步骤更可靠。该团队能够成功启动逻辑量子比特并在99.4%的时间内测量它，但预计单独工作的六个量子操作只有大约98.9%的时间。

听起来差别不大，但这是构建更大量子计算机的重要一步。举个例子，如果六个量子操作中的每一个都是专注于一项任务的流水线工人，那么流水线只会在93.6%(6×98.9%)的时间内产生正确的初始状态。

这个结果是使用Monroe的离子阱量子系统实现的。该系统使用多达32个独立的带电原子(离子)，这些离子被激光冷却并悬浮在芯片的电极上。然后，通过使用激光操作，每个离子被当作一个量子比特。

离子阱量子计算芯片

在该系统中成功创建容错逻辑量子比特，使研究人员能够仔细和创造性地设计量子计算，并将量子计算从当今最先进技术也不可避免的错误约束中解放出来。容错逻辑量子比特是避免现有量子比特错误的一种方法，可以成为可靠的大型量子计算机的基础。

参考链接：

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03928-y

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211004115128.htm

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