物理学家证明 容易出错的量子位可以纠正自己

美国国家标准与技术研究院(NIST)，马里兰大学和加利福尼亚理工学院的物理学家采用新方法可以克服量子计算机设计人员面临的主要障碍之一，即纠正潜入处理器计算中的错误。可能已经找到一种方法来设计可自我校正的量子存储开关的技术。

该小组的理论论文发表在《物理评论快报》上，该论文提出了一条更简单的途径来创建稳定的量子比特或量子比特，这些量子比特通常会受到环境干扰和误差的影响。寻找纠正这些错误的方法是量子计算机开发中的一个主要问题，但是研究团队的量子位设计方法可以避开该问题。

联合量子公司的第一作者西蒙·利乌说：“纠错使本来已经很复杂的情况复杂化。它通常要求您建立额外的量子位并进行额外的测量以发现错误，所有这些通常都会导致大量的硬件开销。” NIST与马里兰大学之间的合作伙伴关系研究所(JQI)和量子信息与计算机科学联合中心(QuICS)。“我们的方案是被动和自主的。它会自动完成所有额外的工作。”

设计师正在尝试多种构建量子位的方法。一种有前途的架构称为光子腔谐振器。在其很小的体积内，可以驱动多个光子在空腔的反射壁之间来回反弹。光子在腔中表现出其波状特性，并结合起来形成波纹状干涉图样。模式本身包含量子位的信息。这是一种精致的布置，就像池塘表面的涟漪一样，往往会很快消散。

它也很容易受到干扰。要工作，量子位需要和平与安静。周围环境的噪声(例如附近其他组件发出的热量或磁场)可能会干扰干涉图样并破坏计算。

团队成员没有构建复杂的系统来检测，测量和补偿噪声和错误，而是意识到，如果腔体中光子的供应不断刷新，那么量子比特的量子信息就可以承受一定数量和类型的噪声。

因为腔体可以容纳许多光子，所以量子位会包含大量光子，从而产生一定的冗余度。在某些量子位设计中，光子泄漏到环境中(一种常见情况)意味着信息丢失。但是，团队的方法不是将这种泄漏防御起来，而是将其纳入其中。它们腔中剩余的光子将维持干涉图样足够长的时间，以使更多的光子进入并替换丢失的光子。

持续不断的新鲜光子流还意味着，如果腔中的某些光子被噪声破坏，它们将被快速冲洗掉，从而不会造成灾难性的破坏。干扰模式可能会动摇一会儿，就像池塘的涟漪会在一块小石块掉入令人不安的飞溅物时掉进去一样，但是涟漪的脉动源将保持一致，从而有助于该模式及其量子信息快速恢复自我。

利乌说：“这就像加淡水一样。” “每当信息受到污染时，您就可以动态地将水推入水中并进行清洗，这可以使它不受损坏。这种整体配置可以保持其稳定的状态。”

Lieu说，这种方法不能使量子比特抵抗所有类型的错误。某些干扰仍然可以作为飞溅而无法处理的系统。此外，该概念主要适用于团队考虑的光子腔，并不一定有助于增强其他领先的量子位设计。

所提出的方法增加了一个有前途的量子计算机纠错技术的库，例如“拓扑”量子位，该技术也可以自我纠正，但需要尚未制造的外来材料。尽管该团队希望新方法对于超导架构中基于微波光子的量子计算特别有用，但它也可能会在基于光学光子的计算中找到应用。

该团队的工作建立在先前有关光子量子位的理论和实验成果的基础上。列乌说，其他物理学家已经奠定了必要的基础，以实验方式测试该小组的提议。

他说：“我们正计划与实验者接触，以验证这一想法。” “他们只需要把几个现有的成分放在一起。”

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