雷鋒網(wǎng)按，無論是全球各地的政府機(jī)構(gòu)和大學(xué)機(jī)構(gòu)，還是像 IBM 和 Google 這樣的科技巨頭，都在試圖回答這樣一個(gè)關(guān)于量子計(jì)算的問題：如果無法連續(xù)地輸出可靠無誤的結(jié)果，量子計(jì)算機(jī)將如何發(fā)揮其巨大的潛力？

從多個(gè)角度來看，機(jī)械脆弱性、工程復(fù)雜性、需要無菌且低溫的環(huán)境都是引起量子計(jì)算出現(xiàn)誤差的潛在因素，而最關(guān)鍵的因素在于量子比特翻轉(zhuǎn)——這種情況發(fā)生的概率極大。

然而，在創(chuàng)造出真正有用的通用量子計(jì)算機(jī)之前，盡可能地減少量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)誤差，是當(dāng)前科學(xué)家面臨的最大的挑戰(zhàn)。

為了確保量子計(jì)算機(jī)在因誤差導(dǎo)致的“宕機(jī)”或是量子退相干之前正常運(yùn)行并輸出結(jié)果，目前，已有不少科學(xué)家和工程師聲稱自己找到了檢測(cè)和糾正這些誤差的方法。其中，一種被稱為“表面代碼”的解決方案?jìng)涫荜P(guān)注。

雷鋒網(wǎng)了解到，表面代碼在魯棒性方面具有優(yōu)勢(shì)，而且它非常適用于二維環(huán)境（比如芯片）。更重要的是，在發(fā)生量子糾纏時(shí)，它可以幫助單個(gè)量子位與同一晶格的其他量子位共享信息。也就是說，當(dāng)測(cè)量量子位時(shí)，表面代碼會(huì)顯示出相鄰量子位之間的誤差。

若要讓量子計(jì)算機(jī)來處理復(fù)雜的任務(wù)，糾錯(cuò)代碼就必須能夠執(zhí)行量子門——這是對(duì)量子位信息進(jìn)行的最基礎(chǔ)的邏輯操作，組合起來就可以運(yùn)行算法。物理學(xué)家已經(jīng)描述了兩種實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算所必須的量子門計(jì)算（通過不同的數(shù)學(xué)方法來區(qū)分），其中之一就是 Clifford 門，這條路線只能與魔態(tài)蒸餾技術(shù)（一種使用多種嘈雜量子態(tài)進(jìn)行非 Clifford 門的操作）配合使用。

悉尼大學(xué)物理學(xué)院的研究人員 Benjamin Brown 說：

沒有魔態(tài)蒸餾技術(shù)或是類似的技術(shù)，量子計(jì)算機(jī)就像沒有除法按鈕的計(jì)算機(jī)，它的功能受到了限制。然而，Clifford 門與非 Clifford 門的結(jié)合需要耗費(fèi)大量的資源，可能導(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)的資源不足以處理其他任務(wù)。

因此，Benjamin Brown 開發(fā)了一種新型的非 Clifford 門的糾錯(cuò)方法，從而大大減輕了蒸餾的負(fù)擔(dān)。這個(gè)方法就涉及到上文所提到的表面代碼，只不過，Benjamin Brown 對(duì)二維的表面代碼進(jìn)行了優(yōu)化，讓它可以適用于三維環(huán)境，時(shí)間是第三維度。這一研究已經(jīng)發(fā)表在了《Sience Advance》上。

Benjamin Brown 表示，這一研究在理論上和數(shù)學(xué)上都被證明具有可行性，接下來就是模擬代碼，在實(shí)踐中查看結(jié)果。

雷鋒網(wǎng)獲悉，微軟量子研究實(shí)驗(yàn)室的研究院 Michael Beverland 也評(píng)論了這項(xiàng)研究：

Benjamin Brown 探索了一種奇妙的方式來對(duì)量子計(jì)算進(jìn)行糾錯(cuò)。該研究是振奮人心的，畢竟許多研究人員認(rèn)為這些是不可能的實(shí)現(xiàn)的。

本文編譯自 IEEE Spectrum

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/software/novel-error-correction-code-opens-a-new-approach-to-universal-quantum-computing

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