奇偶校驗計算機可以在單個量子比特上執(zhí)行兩個或多個量子比特之間的操作，更容易實現(xiàn)復雜的算法。

在量子計算機中，量子比特 (qubits) 需要同時充當計算單元和內存。量子信息不能像傳統(tǒng)計算機那樣存儲在內存中，因為它（根據(jù)量子不可克隆原理）無法復制。由于這一限制，量子計算機的量子比特必須能夠相互發(fā)生交互作用，而這仍然是開發(fā)強大量子計算機的重大挑戰(zhàn)。

為了克服這個問題，理論物理學家Wolfgang Lechner與Philipp Hauke和Peter Zoller在2015年提出了一種新穎的量子計算機架構。這種架構現(xiàn)在以作者的名字命名為LHZ架構。

“這種架構最初是為優(yōu)化問題而設計的，”奧地利因斯布魯克大學理論物理系的 Wolfgang Lechner 回憶道?！霸诖诉^程中，我們將架構縮小到最低限度，以便盡可能高效地解決這些優(yōu)化問題?！?/p>

該架構中的物理量子比特包含了量子比特之間的相對協(xié)調信息，而不僅僅表示單個比特。

“這意味著并非所有量子比特都必須再相互作用了。”Wolfgang Lechner 解釋道。他和他的團隊現(xiàn)在已經表明，這種奇偶校驗概念也適用于通用量子計算機。

簡化復雜操作

奇偶校驗計算機可以在單個量子比特上執(zhí)行兩個或多個量子比特之間的操作?！艾F(xiàn)有樣機已經在小規(guī)模上很好地實現(xiàn)了這樣的操作，”Wolfgang Lechner團隊的Michael Fellner表示。

“然而，隨著量子比特數(shù)量的增加，實現(xiàn)這些門操作變得越來越復雜?！?/p>

在Physical Review Letters和Physical Review A的兩篇出版物中，因斯布魯克的科學家們證明，奇偶校驗計算機可以執(zhí)行量子傅里葉變換——許多量子算法的基本構建塊——而且由于計算步驟明顯減少，因此速度更快。

“我們架構的高度并行性意味著，可以非常高效地執(zhí)行著名的Shor數(shù)字因式分解算法等?！盕ellner 說。

實現(xiàn)兩級糾錯

新概念還提供硬件上的高效糾錯。由于量子系統(tǒng)對干擾非常敏感，因此量子計算機必須不斷糾正錯誤。必須投入大量資源來保護量子信息，這大大增加了所需的量子比特數(shù)。

“我們的模型采用兩級糾錯，一種類型的錯誤（位翻轉錯誤或相位錯誤）可以通過使用的硬件來防止，”同樣是因斯布魯克研究團隊成員的Anette Messinger和Kilian Ender說。他們在不同的平臺上已經有了初步的實驗方法。

Messinger和Ender說：“其他類型的錯誤可以通過軟件檢測和糾正?！边@將使下一代通用量子計算機有望通過能商業(yè)化的管理和研發(fā)實現(xiàn)。目前，由Wolfgang Lechner和Magdalena Hauser共同創(chuàng)立的衍生公司——ParityQC，已經在與因斯布魯克大學及科學和工業(yè)上的伙伴合作，并可能實現(xiàn)新的研究模式。

相關論文可以查閱：Michael Fellner、Anette Messinger、Kilian Ender 和 Wolfgang Lechner 的“通用奇偶校驗量子計算”，2022 年 10 月 27 日，物理評論快報。
DOI：10.1103/PhysRevLett.129.180503Michael Fellner、Anette Messinger、Kilian Ender 和 Wolfgang Lechner 的“通用奇偶校驗量子計算的應用”，2022 年 10 月 27 日，Physical Review A。
DOI：10.1103/PhysRevA.106.042442

編譯：王珩

編輯：慕一