终于突破天际：把时间作为第三个维度，开发出量子计算机纠错码

发布网友发布时间：2022-10-17 09:59

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热心网友时间：2023-10-29 17:04

悉尼大学科学家实现了一位量子业内人士所说的“许多研究人员认为是不可能的事情”（突破天际）。悉尼大学物理学院本杰明·布朗博士已经为量子计算机开发了一种纠错码，还提供了一种方法，可以让谷歌和IBM等公司设计出更好的量子微芯片。通过将已知的三维操作代码应用于二维框架来做到这一点。本杰明·布朗博士表示：诀窍是把时间作为第三个维度，我使用两个物理维度，加上时间作为第三个维度。

这打开了以前没有的可能性，其研究成果发表在《科学进展》期刊上。这有点像编织，每一排就像一条一维的线，一排又一排地编织毛线，随着时间的推移，这就产生了一个二维的材料板。在科学家建造足够大的机器来解决难题之前，减少量子计算中的错误是面临的最大挑战之一。悉尼大学纳米研究所研究员布朗博士说：因为量子信息非常脆弱，它会产生很多错误。

完全消除这些错误是不可能的，因此目标是开发一种“容错”体系结构，其中有用的处理操作远远重于纠错操作。手机或笔记本电脑将在很多年里执行数十亿次操作，直到一个错误触发空白屏幕或其他一些故障。目前的量子操作很幸运，每20次操作中只有不到1次错误-这意味着每小时有数百万次错误。目前实验量子计算机中的大部分构件（量子比特或量子比特）都被纠错的“开销”所占据。

新研究抑制错误的方法是使用一种代码，这种代码在二维的架构表面上运行，这样做的效果是把很多硬件从纠错中解放出来，让它继续处理有用的东西。加州帕洛阿尔托PsiQuantum的量子架构部主任内奥米·尼克森(Naomi Nickerson)博士说：这一结果为执行容错门建立了一种新的选择，它有可能极大地减少“开销”，并拉近实用的量子计算的距离。

像PsiQuantum这样的初创企业，以及谷歌、IBM和微软等大型科技公司，都在带头开发大规模量子技术，而且迫切需要找到能够让他们量子机器扩大规模的纠错码。微软量子公司高级研究员迈克尔·贝弗兰(Michael Beverland)博士说：这项新研究探索了一种令人兴奋的奇特方法来执行容错量子计算，为有可能在不需要蒸馏的情况下实现二维通用量子计算指明了方向，而许多研究人员认为这是不可能的。

目前存在的二维需要贝弗兰博士所说的蒸馏，更准确地说是“魔态蒸馏”，这就是量子处理器对多个计算进行排序并提取有用计算的地方，这就消耗了大量的计算硬件，仅仅是为了抑制错误。研究已经应用了三维的力量，并将其改造成二维框架。在这项研究中，开发了一种解码器，可以识别和纠正比以往任何时候都多的错误，实现了纠错的世界纪录。识别更常见的错误，是释放更多处理能力进行有用计算的另一种方式。

悉尼大学量子信息理论研究小组的负责人、研究的合著者斯蒂芬·巴特利特(Stephen Bartlett)教授说：我们在悉尼大学的团队，非常专注于发现如何放大量子效应，以便它们能够为大规模设备提供动力。布朗博士的研究展示了如何在量子芯片上做到这一点，这种类型的进展将，使我们能够从少量量子比特发展到非常大量的量子比特，并建造超强大的量子计算机，从而解决未来的大问题。