（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

奧地利因斯布魯克大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家首次在容錯量子比特上實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算，并演示了如何在一臺量子計(jì)算機(jī)上編程。

雖然當(dāng)代計(jì)算機(jī)采用了高質(zhì)量的制造方法，大大降低了信息處理和存儲過程中出現(xiàn)錯誤的概率。但對于那些核心的應(yīng)用程序，一個微小的錯誤都會帶來嚴(yán)重后果。因此，仍需采用基于數(shù)據(jù)冗余的糾錯機(jī)制。這種機(jī)制可以有效地檢測并糾正數(shù)據(jù)存儲和處理過程中的錯誤，從而為核心應(yīng)用程序提供更加穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)支持。 量子計(jì)算機(jī)本質(zhì)上較容易受到干擾，所以需要糾錯，以避免出現(xiàn)錯誤在系統(tǒng)中不受控制地傳播、導(dǎo)致信息丟失這一情況。由于量子力學(xué)禁止復(fù)制量子信息，那么要想實(shí)現(xiàn)冗余狀態(tài)，可以將邏輯量子信息分布到多個物理系統(tǒng)的糾纏態(tài)中，如將多個單原子用于存儲和傳輸信息。

由來自因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系的Thomas Monz教授與來自德國亞琛工業(yè)大學(xué)及德國于利希研究中心（Forschungszentrum Julich GmbH，德國亥姆霍茲聯(lián)合會下屬的研究機(jī)構(gòu)之一）的Markus Müller教授共同領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，首次成功地在兩個邏輯量子比特上實(shí)現(xiàn)了一組可用于通用計(jì)算的操作。

對此，同樣來自因斯布魯克大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Lukas Postler解釋道：“面對一臺真實(shí)世界的量子計(jì)算機(jī)，我們需要一種通用門來編寫所有算法?！?

實(shí)現(xiàn)了基本的量子運(yùn)算

研究團(tuán)隊(duì)在一臺具有16個俘獲原子的離子阱量子計(jì)算機(jī)上成功運(yùn)行了這套通用門。 量子信息存儲在兩個邏輯量子比特中，每個量子比特由7個原子組成。這可能是首次實(shí)現(xiàn)在 容錯量子比特上運(yùn)行兩個計(jì)算門，該實(shí)驗(yàn)的成功也是實(shí)現(xiàn)一套通用門的必經(jīng)之路：因?yàn)樵谌蒎e量子比特上運(yùn)行涉及兩個量子比特（一個CNOT門）和一個邏輯T門的計(jì)算是非常困難的。 “T門是非?；A(chǔ)的操作，”理論物理學(xué)家Markus Müller解釋道，“它們特別有趣，沒有T門的量子算法可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行相對簡單的模擬，且能夠避免任何可能的加速。但對于有T門的量子算法而言，難以實(shí)現(xiàn)這種簡單的模擬?！?物理學(xué)家們通過使一個邏輯量子比特處于特定狀態(tài)，并利用糾纏門將其信息傳遞至另一個量子比特，從而演示T門的運(yùn)行過程。

準(zhǔn)確性與復(fù)雜性呈正相關(guān)

經(jīng)過編碼的邏輯量子比特，可以防止其存儲的量子信息出現(xiàn)錯誤。然而，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要依賴于運(yùn)算，而此類運(yùn)算本身也容易出錯。目前，研究人員運(yùn)用這套通用門對邏輯量子比特進(jìn)行運(yùn)算，同時這套算法也能夠檢測和糾正由底層物理操作引起的錯誤。 “容錯實(shí)現(xiàn)相較于非容錯實(shí)現(xiàn)需要執(zhí)行更多的操作，這可能導(dǎo)致單個原子會產(chǎn)生更多的錯誤。然而，實(shí)驗(yàn)運(yùn)算在邏輯量子比特上的表現(xiàn)比非容錯邏輯運(yùn)算的結(jié)果更佳，”Thomas Monz欣喜地指出，“盡管復(fù)雜性增加了，但其質(zhì)量也相應(yīng)地提高了?！?研究人員還通過在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)值模擬以此驗(yàn)證他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)前，他們的主要目標(biāo)是將這些方法應(yīng)用在更大、更具實(shí)用價值的量子計(jì)算機(jī)上。 除歐盟在量子旗艦倡議中所提供的財(cái)政支持外，奧地利科研促進(jìn)署（ the Austrian Research Promotion Agency，F(xiàn)FG）、奧地利科學(xué)基金會（ the Austrian Science Fund，F(xiàn)WF）和奧地利工業(yè)聯(lián)合會（ the Federation of Austrian Industries）也提供了資金支持，共同推動該項(xiàng)研究的進(jìn)行。

編譯：琳夢

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。 —— end——