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科技日報記者?劉霞

美國和法國科學家開發了一種可揭示量子計算機出錯位置的新方法，將識別量子計算錯誤的能力提升了10倍。這一研究將促進大規模量子計算機的研制。相關論文發表于11日出版的《自然》雜志。

湯普森實驗室開發的量子計算系統內部。圖片來源：《自然》雜志

近30年來，物理學家一直在不斷改進量子比特性能，使其不那么脆弱也不容易出錯，但無論怎樣，有些錯誤不可避免。量子計算機未來發展面臨的核心障礙之一是能夠糾正這些錯誤。但首先必須弄清楚是否發生了錯誤，以及錯誤出現在何處，而檢查錯誤的過程會引入更多錯誤，使糾錯過程“雪上加霜”。

在最新研究中，耶魯大學杰夫·湯普森領導的團隊展示了一種比以往任何時候都更容易識別量子計算機何時發生錯誤的方法。

湯普森團隊致力于研究基于中性原子的量子計算機。在最新研究中，在超高真空室內，量子比特存儲在由聚焦激光束固定的單個鐿原子的自旋內。湯普森等人使用一個由10個量子比特組成的陣列，來表征先單獨操縱每個量子比特，然后操縱成對量子比特時，發生錯誤的概率。他們發現這種系統的出錯率與現有技術相當：操縱單個量子比特時的出錯率為0.1%，成對量子比特則為2%。

但最新研究的獨特之處在于：不僅錯誤率低，而且是在不破壞量子比特的情況下，另辟蹊徑對其進行表征。研究人員可在計算過程中監測量子比特，實時檢測錯誤的發生。出錯的量子比特發出閃光，沒有出錯的量子比特不受影響。

湯普森指出，實驗結束前，他們可檢測到約56%的單個量子比特錯誤和33%的成對量子比特錯誤，而且檢查錯誤的行為帶來的錯誤率增加不到0.001%。這意味著他們應該可檢測到近98%的錯誤，同時將實現誤差校正的計算成本降低一個數量級或更多。

總編輯圈點：

量子計算機的速度遠超傳統計算機，但它在運算時卻有兩大干擾：首先是對量子比特進行的測量，而量子測量是隨機的，會存在一定誤差；其次量子比特還有噪聲，這些噪聲可能來自外部溫度、輻射影響，也可能來自量子比特自身。這兩大干擾都會導致量子計算機的運算結果出現問題。而今這項研究成功檢測出大部分錯誤，提高了量子計算機的可靠性和安全性，其原理未來還可能適用于量子密碼、量子化學等領域。

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