北京
量子计算机的算力承诺听起来很诱人，但今天我们能拿到的，还只是小规模的、受限的原型机。挡在放大这条路前面的一个关键门槛，是容错：机器在跑计算的同时，得能发现错误、修掉错误。
美国的研究团队在《自然物理》（Nature Physics）上发了一项新研究，部分演示了实时纠错可以怎么实现。他们搭了一个两段式的系统，先往系统里注入混乱，再把混乱纠正回来——这正是容错所需要的基本机制。
罗格斯大学的物理学家杰德迪亚·皮克斯利（Jedediah Pixley）把话说得很直白：要造出容错量子计算机，这些检查和纠正不能只做一两次，而要在一次计算中做上巨多次。他说这项实验是那条路上的一座地标，"它说明，好吧，我们又往前迈了重要一步"。
要理解这件事为什么难，得先看量子比特的脾气。经典计算机跑在比特上，比特非 1 即 0；量子计算机里的量子比特可以是 1、是 0，也可以停在两者之间的任意位置（处于叠加态），直到被测量为止——算力上的指数级提升就来自这里。但量子比特也极其娇气，对热、震动这类环境变量非常敏感，一受干扰就出错。纠错之所以重要，原因就在这。
研究团队用的是一块 156 个量子比特的 IBM Quantum Heron 处理器，一次最多把 100 个量子比特连在一起。系统被配置成两项交替进行的任务：扰乱（把混乱铺开到整个系统）和控制（在需要的地方把量子比特重置）。
IBM 的物理学家舞花·泷田（Maika Takita）点出了难点所在：挑战不在于测量一个量子比特，而在于处理器的其余部分继续运转的同时，反复地去测量它。她说，这项实验表明，现今的硬件已经能在一个大系统里，把量子操作、测量和重置协调上数千次。
实验过程中，研究人员不断调整扰乱和重置之间的配比。在接近 5000 次量子比特操作和接近 5000 次检查与重置中，当检查与重置占到全部操作的一半以上时，秩序回来了。
更有意思的是，随着加入的量子比特越来越多，这个临界点在数据里变得越来越清晰——这是它是一个真实量子效应、是一次相变的证据，就像水结成冰那样，整体一致地发生。
佛罗里达大学的物理学家潘海宁（Haining Pan）说，实验与理论之间的吻合说明，这不是一个小电路里偶然出现的特征，而是整个量子系统里涌现出来的集体行为。
量子计算机短期内不会变成家家户户的标配设备，但它们会在高难度、极其复杂的信息处理任务上派上用场：测试药物研发、预报天气、模拟材料、给人工智能提供算力，等等。
这项研究还顺带说明了一件事：混沌理论里那套数学上的检查与平衡——蝴蝶在巴西扇一下翅膀，最终可能在得克萨斯掀起一场龙卷风——在量子环境里和经典环境里一样管用。
当然，这里演示的检查与重置系统还需要放大，规则也要更复杂，才能真正用在量子计算里。但它起到了一次压力测试的作用：检验那些能让量子系统平稳、有序运转的反馈回路。
路易斯安那州立大学的物理学家贾斯汀·威尔逊（Justin Wilson）的总结是：失控的行为可以通过随机干预被拉回控制之下，而且存在一个界定得很清楚的比率，超过它就会发生。他说，这种混沌与控制之间的转变能否在量子物理里存活下来，此前并不显然，但他们的结果显示，它能。
说到底，这项研究最反直觉的地方在于：要让量子计算机学会自己纠错，第一步不是让它更安静，而是先学会怎么给自己制造混乱，再在混乱里把秩序一点点捞回来。至于这套办法放大到真正有用的规模后还灵不灵，得等下一步的实验来回答。
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