悉尼大學科學家實現(xiàn)了一位量子業(yè)內人士所說的“許多研究人員認為是不可能的事情”（突破天際）。悉尼大學物理學院本杰明·布朗博士已經(jīng)為量子計算機開發(fā)了一種糾錯碼，還提供了一種方法，可以讓谷歌和IBM等公司設計出更好的量子微芯片。

通過將已知的三維操作代碼應用于二維框架來做到這一點。本杰明·布朗博士表示：訣竅是把時間作為第三個維度，我使用兩個物理維度，加上時間作為第三個維度。

這打開了以前沒有的可能性，其研究成果發(fā)表在《科學進展》期刊上。這有點像編織，每一排就像一條一維的線，一排又一排地編織毛線，隨著時間的推移，這就產生了一個二維的材料板。在科學家建造足夠大的機器來解決難題之前，減少量子計算中的錯誤是面臨的最大挑戰(zhàn)之一。悉尼大學納米研究所研究員布朗博士說：因為量子信息非常脆弱，它會產生很多錯誤。

完全消除這些錯誤是不可能的，因此目標是開發(fā)一種“容錯”體系結構，其中有用的處理操作遠遠重于糾錯操作。手機或筆記本電腦將在很多年里執(zhí)行數(shù)十億次操作，直到一個錯誤觸發(fā)空白屏幕或其他一些故障。目前的量子操作很幸運，每20次操作中只有不到1次錯誤-這意味著每小時有數(shù)百萬次錯誤。目前實驗量子計算機中的大部分構件（量子比特或量子比特）都被糾錯的“開銷”所占據(jù)。

新研究抑制錯誤的方法是使用一種代碼，這種代碼在二維的架構表面上運行，這樣做的效果是把很多硬件從糾錯中解放出來，讓它繼續(xù)處理有用的東西。加州帕洛阿爾托PsiQuantum的量子架構部主任內奧米·尼克森(Naomi Nickerson)博士說：這一結果為執(zhí)行容錯門建立了一種新的選擇，它有可能極大地減少“開銷”，并拉近實用的量子計算的距離。

像PsiQuantum這樣的初創(chuàng)企業(yè)，以及谷歌、IBM和微軟等大型科技公司，都在帶頭開發(fā)大規(guī)模量子技術，而且迫切需要找到能夠讓他們量子機器擴大規(guī)模的糾錯碼。微軟量子公司高級研究員邁克爾·貝弗蘭(Michael Beverland)博士說：這項新研究探索了一種令人興奮的奇特方法來執(zhí)行容錯量子計算，為有可能在不需要蒸餾的情況下實現(xiàn)二維通用量子計算指明了方向，而許多研究人員認為這是不可能的。

目前存在的二維需要貝弗蘭博士所說的蒸餾，更準確地說是“魔態(tài)蒸餾”，這就是量子處理器對多個計算進行排序并提取有用計算的地方，這就消耗了大量的計算硬件，僅僅是為了抑制錯誤。研究已經(jīng)應用了三維的力量，并將其改造成二維框架。在這項研究中，開發(fā)了一種解碼器，可以識別和糾正比以往任何時候都多的錯誤，實現(xiàn)了糾錯的世界紀錄。識別更常見的錯誤，是釋放更多處理能力進行有用計算的另一種方式。

悉尼大學量子信息理論研究小組的負責人、研究的合著者斯蒂芬·巴特利特(Stephen Bartlett)教授說：我們在悉尼大學的團隊，非常專注于發(fā)現(xiàn)如何放大量子效應，以便它們能夠為大規(guī)模設備提供動力。布朗博士的研究展示了如何在量子芯片上做到這一點，這種類型的進展將，使我們能夠從少量量子比特發(fā)展到非常大量的量子比特，并建造超強大的量子計算機，從而解決未來的大問題。

博科園｜研究/來自：悉尼大學

研究發(fā)表期刊《科學進展》

DOI: 10.1126/sciadv.eaay4929

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