阐明错误为量子计算创造了新范式
研究人员开发了一种方法，可以揭示量子计算机中的错误位置，使纠正起来容易十倍。研究人员表示，这将显着加速大规模量子计算机的进展，从而能够解决世界上最具挑战性的计算问题。
由普林斯顿大学的杰夫·汤普森领导的团队展示了一种比以往更容易识别量子计算机何时发生错误的方法。这是量子计算硬件研究的一个新方向，它通常寻求简单地降低一开始发生错误的概率。
10 月 11 日， 《自然》杂志发表了一篇详细介绍这一新方法的论文。Thompson 的合作者包括耶鲁大学的 Shruti Puri 和斯特拉斯堡大学的 Guido Pupillo。
近三十年来，物理学家一直在发明新的量子位(量子计算机的核心组件)，并稳步改进这些量子位，使其不那么脆弱且不易出错。但无论量子比特有多好，一些错误都是不可避免的。量子计算机未来发展的主要障碍是能够纠正这些错误。然而，要纠正错误，您首先必须弄清楚是否发生了错误以及错误在数据中的位置。通常，检查错误的过程会引入更多错误，必须再次找到这些错误，等等。
电气和计算机工程副教授汤普森表示，在很长一段时间内，量子计算机管理这些不可避免的错误的能力或多或少地处于停滞状态。他意识到有机会偏向某些类型的错误。
“并非所有错误都是一样的，”他说。
汤普森的实验室正在研究一种基于中性原子的量子计算机。在构成计算机的超高真空室内，量子位存储在单个镱原子的自旋中，这些镱原子由称为光镊的聚焦激光束固定到位。在这项工作中，由研究生 Shuo Ma 领导的团队使用 10 个量子位的数组来表征在首先单独操作每个量子位，然后一起操作成对量子位时发生错误的概率。
他们发现此类系统的错误率接近现有技术水平：单个量子位每次操作错误率为 0.1%，量子位对每次操作错误率为 2%。
然而，该研究的主要结果不仅是低错误率，而且是在不破坏量子位的情况下表征它们的不同方式。与之前的工作相比，通过使用原子内不同的一组能级来存储量子位，研究人员能够在计算过程中监控量子位，以实时检测错误的发生。这种测量使有错误的量子位发出闪光，而没有错误的量子位保持且不受影响。
此过程将错误转换为一种称为擦除错误的错误。汤普森说，擦除错误已经在由光子制成的量子位的背景下进行了研究，并且长期以来人们都知道它比未知位置的错误更容易纠正。然而，这项工作是首次将擦除误差模型应用于基于物质的量子位。它遵循去年加州大学伯克利分校的 Thompson、Puri 和 Shimon Kolkowitz 提出的理论建议。
在演示中，大约 56% 的一量子位错误和 33% 的二量子位错误在实验结束前可检测到。至关重要的是，检查错误的行为不会导致明显更多的错误：研究人员表明，检查使错误率增加了不到 0.001%。Thompson 表示，可以通过额外的工程来提高检测到的错误比例。
研究人员认为，采用新方法，近 98% 的错误都可以通过优化协议检测出来。这可以将实施纠错的计算成本降低一个数量级或更多。
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