最近，英國牛津大學(xué)教授巴林特科佐爾提出了一個新的方案來減少中小型量子設(shè)備中的量子計(jì)算誤差該方案在技術(shù)上是可行的，可以更好地?cái)U(kuò)展到更大的設(shè)備

量子計(jì)算機(jī)是當(dāng)今非常熱門的話題，一些世界領(lǐng)先的公司，如谷歌或IBM，正在制造有吸引力的量子設(shè)備到目前為止，美國和中國的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了量子優(yōu)越性，這是量子計(jì)算機(jī)明顯優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的里程碑科佐爾告訴《The Paper》記者，不幸的是，目前的量子設(shè)備無法執(zhí)行實(shí)際任務(wù)，因?yàn)樗鼈兊牟僮鞑⒉煌昝?/p>

目前，量子計(jì)算機(jī)可以模擬經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法處理的復(fù)雜量子態(tài)可是，量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行中的噪聲嚴(yán)重限制了它的實(shí)用性

為了使量子計(jì)算機(jī)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用，有必要減少噪聲引起的計(jì)算誤差對于嘈雜的中型量子計(jì)算機(jī)，即使是最小的量子糾錯碼方案的復(fù)雜性也令人望而卻步單個邏輯量子位需要編碼成數(shù)千個物理量子位如此高的計(jì)算成本無法在現(xiàn)有和最新的量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)

我的論文描述了一種可以克服這些限制的技術(shù)，并使我們能夠使用不完美的量子計(jì)算機(jī)來解決重要問題，例如用有噪聲的量子計(jì)算機(jī)模擬分子我的論文是一個突破，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為解決這樣的問題需要更先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)，而且它們預(yù)計(jì)不會在未來幾年出現(xiàn)科佐爾說

相關(guān)研究發(fā)表于著名物理學(xué)術(shù)期刊《Exponential Error Suppression for Near—Term Quantum Devices》。

根據(jù)科佐爾的說法，他的方法是讓多個獨(dú)立的量子計(jì)算機(jī)并行執(zhí)行相同的計(jì)算，然后使用這些副本來相互驗(yàn)證無論計(jì)算過程中出現(xiàn)任何錯誤，任何復(fù)制都不會影響最終結(jié)果

中國工程物理研究院研究員馬爾斯向本報(bào)記者詳細(xì)介紹了這一計(jì)劃他說計(jì)算誤差是量子計(jì)算中最關(guān)鍵的問題之一理論上，量子糾錯碼足以處理計(jì)算誤差，但技術(shù)上實(shí)現(xiàn)量子糾錯碼非常困難

我們一般稱量子計(jì)算結(jié)合量子糾錯碼的容錯量子計(jì)算，這是一個長期的發(fā)展目標(biāo)除了量子糾錯碼之外，最近幾年來還開發(fā)了一套適用于現(xiàn)有技術(shù)的錯誤處理方法，統(tǒng)稱為量子錯誤緩解火星說

在這篇論文中，科佐爾提出了一種新的量子誤差抑制方法，稱為指數(shù)誤差抑制在量子計(jì)算中，量子比特經(jīng)歷了一系列的演化，被稱為量子門量子比特進(jìn)化后的最終狀態(tài)稱為最終狀態(tài)如果進(jìn)化過程中沒有出現(xiàn)錯誤，那么最終狀態(tài)是確定的也就是說，如果使用兩個相同的量子計(jì)算設(shè)備進(jìn)行相同的計(jì)算，應(yīng)該會得到兩個相同的狀態(tài)

在科佐爾提出的錯誤緩解方法中，他找到了一種方法來比較兩個應(yīng)該相同的狀態(tài)，并提取相同的部分在大多數(shù)情況下，這個相同的部分是正確的狀態(tài)，可以給出正確的計(jì)算結(jié)果對于兩幅畫來說，閱讀畫中內(nèi)容的過程不會破壞畫本身對于量子態(tài)，直讀和比較會導(dǎo)致量子態(tài)的變化

熟悉這項(xiàng)研究的牛津大學(xué)大三物理研究員蔡振宇告訴《The Paper》，伴隨著量子器件的增加，計(jì)算結(jié)果的誤差將呈指數(shù)級下降當(dāng)然，雖然計(jì)算結(jié)果的系統(tǒng)誤差有所下降，但我們需要更多次地運(yùn)行同一條計(jì)算線，以減少隨機(jī)誤差

通過模擬由數(shù)百個量子門組成的特定量子電路，科佐爾發(fā)現(xiàn)該方案在現(xiàn)有的有噪聲的量子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了足夠多的應(yīng)用錯誤率，并且電路副本的數(shù)量增加不超過四個。

馬爾斯說，科佐爾的工作為量子誤差緩解提供了一個新的想法。

量子誤差緩解的一個重要途徑是根據(jù)誤差發(fā)生的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來補(bǔ)償誤差對量子態(tài)的影響為了實(shí)現(xiàn)這種方式，需要通過測試獲得錯誤發(fā)生的分布而科佐爾的方法不需要測試這一步

科佐爾方法的思想類似于量子糾錯碼，它可能在量子錯誤緩解和量子糾錯碼之間提供一座橋梁這種方法與其他量子誤差緩解和量子誤差校正的結(jié)合可能是下一個要考慮的方向火星說

對于現(xiàn)有技術(shù)來說，在量子計(jì)算中使用這種方法仍然具有挑戰(zhàn)性，主要是因?yàn)橹辽傩枰獌蓚€量子態(tài)，并且需要兩個量子態(tài)之間的耦合可是，這種方法的變體已經(jīng)在幾個量子比特實(shí)驗(yàn)中得到了證明此外，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，這種方法可能為我們在容錯量子計(jì)算的早期階段提供一種有效的減少錯誤的方法在現(xiàn)階段，這種方法可能充分證明其實(shí)用性

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