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打破不可能!量子计算新型纠错代码问世,时间是第三维度

本文作者:伍文靓 2020-06-03 14:21
导语:新型纠错代码为通用量子计算开辟了新途径。

打破不可能!量子计算新型纠错代码问世,时间是第三维度

雷锋网按,无论是全球各地的政府机构和大学机构,还是像 IBM 和 Google 这样的科技巨头,都在试图回答这样一个关于量子计算的问题:如果无法连续地输出可靠无误的结果,量子计算机将如何发挥其巨大的潜力?

从多个角度来看,机械脆弱性、工程复杂性、需要无菌且低温的环境都是引起量子计算出现误差的潜在因素,而最关键的因素在于量子比特翻转——这种情况发生的概率极大。

然而,在创造出真正有用的通用量子计算机之前,尽可能地减少量子计算机出现误差,是当前科学家面临的最大的挑战。

为了确保量子计算机在因误差导致的“宕机”或是量子退相干之前正常运行并输出结果,目前,已有不少科学家和工程师声称自己找到了检测和纠正这些误差的方法。其中,一种被称为“表面代码”的解决方案备受关注。

雷锋网了解到,表面代码在鲁棒性方面具有优势,而且它非常适用于二维环境(比如芯片)。更重要的是,在发生量子纠缠时,它可以帮助单个量子位与同一晶格的其他量子位共享信息。也就是说,当测量量子位时,表面代码会显示出相邻量子位之间的误差。

若要让量子计算机来处理复杂的任务,纠错代码就必须能够执行量子门——这是对量子位信息进行的最基础的逻辑操作,组合起来就可以运行算法。物理学家已经描述了两种实现通用量子计算所必须的量子门计算(通过不同的数学方法来区分),其中之一就是 Clifford 门,这条路线只能与魔态蒸馏技术(一种使用多种嘈杂量子态进行非 Clifford 门的操作)配合使用。

悉尼大学物理学院的研究人员 Benjamin Brown 说:

没有魔态蒸馏技术或是类似的技术,量子计算机就像没有除法按钮的计算机,它的功能受到了限制。然而,Clifford 门与非 Clifford 门的结合需要耗费大量的资源,可能导致量子计算机的资源不足以处理其他任务。

因此,Benjamin Brown 开发了一种新型的非 Clifford 门的纠错方法,从而大大减轻了蒸馏的负担。这个方法就涉及到上文所提到的表面代码,只不过,Benjamin Brown 对二维的表面代码进行了优化,让它可以适用于三维环境,时间是第三维度。这一研究已经发表在了《Sience Advance》上。

Benjamin Brown 表示,这一研究在理论上和数学上都被证明具有可行性,接下来就是模拟代码,在实践中查看结果。

雷锋网(公众号:雷锋网)获悉,微软量子研究实验室的研究院 Michael Beverland 也评论了这项研究:

Benjamin Brown 探索了一种奇妙的方式来对量子计算进行纠错。该研究是振奋人心的,毕竟许多研究人员认为这些是不可能的实现的。

本文编译自 IEEE Spectrum

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/software/novel-error-correction-code-opens-a-new-approach-to-universal-quantum-computing

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