研究人员提出可有效提升量子计算机纠错能力的简易修改方法

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Pablo Bonilla Ataides(左)与物理学院合著者 Ben Brown 博士(来自:USYD

物理系大二的时候,Bonilla 被要求查看一些常用的纠错代码,并思考能够对其加以改进。有趣的是,通过在设计中翻转一半的量子比特(Qubit),他们发现能够将抑制错误的能力有效地提升一倍。

最近,研究合著者 Steve Flammia 博士还将工作从悉尼大学转到了 AWS 量子计算项目。在量子硬件的开发过程中,该公司发现纠错技术在其中扮演着重要的角色。

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(图自:USYD / Louise Cooper 摄)

AWS 高级量子研究科学家 Earl Campbell 博士补充道:在普通人看到量子计算机带来切实的效益之前,从业者们仍面临着大量的工作。

但在看到这项研究工作后,他还是对量子纠错代码的如此细微的改进、以及可能对预测性能产生如此大的影响而感到惊讶不已。

在此基础上,AWS 量子计算中心团队还期待着与各界展开更加深入的合作,探讨其它有前途的替代方案,让新颖且强大的量子计算技术更接近于现实。

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研究配图 - 1:位于方格顶点上的量子比特

当前半导体行业广泛采用的数字晶体管,发生错误的几率还是极少的。我的日常生活中的智能手机、笔记本电脑、以及超级计算机,都在沿用传统的计算机设计方案。

然而量子计算机中的“开关”(又称量子比特),对外部环境的干扰(或噪声)特别敏感。为了让量子计算机能够投入实际运用,科学家表示需拥有大量高质量的量子比特。

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研究配图 - 2:XZZX 与开放边界 CSS 表面代码的最大似然解

其中一种方法,就是通过各种改进,来降低量子计算机的噪声水平。同时利用机器的某些能力,来抑制低于特定阈值的错误量子比特(也就是所谓的量子误差校正)。

耶鲁大学量子研究计划助理教授 Shruti Puri 表示,她带领的研究团队,对将“纯粹且优雅”的新代码运用于相关工作中深感兴趣。

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研究配图 - 3:两种表面代码的阈值预估

Shruti Puri 指出:尽管相关代码已经被广泛研究了将近 20 年,但这项研究却通过简单的修改而实现了卓越的纠错性能。

对于耶鲁大学和其它正在开发新一代量子技术的研究团队来说,新代码有助于极大地缩减达成可伸缩量子计算的时间。

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研究配图 - 4:使用匹配解码器的 XZZX 代码阈值

研究合著者、物理学院的 David Tuckett 博士表示:“这有点像是与量子对手玩战舰棋游戏,从理论上来讲,他们可以将棋子放在板上的任何位置。但在数百万场游戏之后,我们总能知晓某些潜在的招数”。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然通讯》(Nature Communications)期刊上,原标题为《The XZZX Surface code》。

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