量子系统可以在极高的温度下运行 但不能达到完美的精度

量子系统可以运行得极高，但无法以完美的精度操纵。研究人员现在已经演示了如何在操作过程中监控和纠正这些操作中的错误。量子计算领域近年来取得了长足的进步。量子设备开始一点一点地挑战传统计算机，至少在少数选定的任务中。尽管取得了许多进步，但今天的量子信息处理器仍然难以处理错误，这在任何计算中都不可避免地会发生。这种无法有效纠正的错误阻碍了量子信息的连续大规模处理。因此，对于量子电子研究所的Jonathan Home Group来说，首次在单个实验中集成一系列执行量子纠错所需的元素是令人兴奋的。这些结果发表在今天的《自然》杂志上。

制造不完美的公差

就像它们的经典对应物一样，量子计算机是由不完美的组件构建而成的，它们对外部干扰更敏感。这将不可避免地导致执行计算时出现错误。对于传统计算机，有一个完整的工具包来检测和纠正这种错误。量子计算机将更加依赖于定位和修复错误。这需要一种概念上不同的方法，它考虑到信息是以量子态编码的。特别是，在不干扰量子信息的情况下，根据需要重复读取量子信息以检测错误，并实时做出反应以逆转这些错误，这带来了相当大的挑战。

重复表达

Home group在阱中串联的单个离子的量子态中编码量子信息。通常，这些弦只包含一种物质的离子。但是博士生Vlad Negnevitsky和Matteo Marinelli以及博士后Karan Mehta和其他同事现在已经创造了两种不同的物种，即两种铍离子(9Be)和一种钙离子(40Ca)。这种混合物种以前已经产生过，但是这个团队现在正在以新的方式使用它们。他们利用了这两个物种的不同特征。特别是，在他们的实验中，非常不同的光色被用来操纵和测量铍和钙离子。这为在一个物种上工作而不打扰另一个物种打开了道路。同时，ETH的研究人员找到了一种让不同离子相互作用的方法，即钙离子的测量结果可以在不破坏那些脆弱态的情况下生成铍离子量子态的信息。重要的是，当铍离子出现缺陷和错误时，物理学家会反复监测它们。该团队在同一系统上进行了50次测量，而在之前的实验中(仅使用钙离子)，这种重复读数仅限于几轮。

经济调整措施

发现一个错误是一回事，采取行动纠正另一个错误是一回事。为此，研究人员开发了一种强大的控制系统，可以根据与目标状态的偏离程度重复推动铍离子。将离子带回轨道需要微秒时间尺度的复杂信息处理。因为该系统使用经典的控制电子设备，所以现在证明的方法也适用于基于信息载体而不是俘获离子的量子计算平台。重要的是，Negnevitsky，Marinelli，Mehta和他们的同事证明了这些技术也可以用于稳定两个铍离子共享纠缠量子态的状态，这在经典物理中没有直接的等价。纠缠是赋予量子计算机独特能力的一个因素。此外，这些状态还可以用于提高精确测量的准确度。用于纠错的组件(如现在证明的那些)可以使这些状态持续更长时间——不仅为量子计算，也为计量学提供了有趣的前景。

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