欧洲科学家首次在离子阱量子计算机上实现双码纠错

IT之家 1 月 26 日消息，奥地利因斯布鲁克大学宣布，该校联合德国亚琛工业大学的研究团队，在量子计算容错技术领域取得突破性进展。

他们开发出一种创新的量子纠错方法，使量子计算机能够在运行过程中动态切换纠错码，并首次在离子阱量子计算机上使用两种不同的量子纠错码实现了一组通用量子门。

也就是说，利用新方法，量子计算机将能有效抑制错误，从而更有效地进行无错误计算。研究成果已于 1 月 24 日发表在《自然・物理》上（IT之家附 DOI:10.1038 / s41567-024-02727-2）。

虽然传统计算机在运算过程中可能会出错，但我们通常可以借助技术手段进行抑制或在计算过程中检测和纠正。然而，量子计算机无法复制未知的量子态。这意味着我们无法像传统计算机那样通过比较多个样本进行检错。

为了解决这一难题，量子物理学借鉴了经典计算机科学的思想，开发了一种不同的方法：将量子信息分布在多个纠缠的量子比特上，以冗余的方式进行存储。具体如何进行信息分配则则由所谓的“纠错码”来定义。

2022 年，由因斯布鲁克大学实验物理系的 Thomas Monz 和亚琛工业大学量子信息系以及于利希研究中心 Peter Grünberg 研究所的 Markus Müller 领导的研究团队，在容错量子比特上实现了一组通用操作，展示了如何在量子计算机上编写算法以有效地纠正错误。

然而，不同的量子纠错码也存在不同的难点。简单来说，没有任何一种纠错码能够以简单且受错误保护的方式，实现自由可编程计算所需的所有逻辑量子比特门操作。

为了解决这一难题，Markus Müller 研究小组创立了一种新方法，使量子计算机能够在两种纠错码之间以容错方式来回切换。

Markus Müller 研究小组的博士生 Friederike Butt 解释说：“通过这种方式，量子计算机可以在第一种代码中遇到难以实现的逻辑门时切换到第二种代码。从而使得实现计算所需的所有门操作变得更加容易。”

后来，她开发了实验所基于的量子电路，并与因斯布鲁克大学 Thomas Monz 的研究小组密切合作完成了实验。