澎湃新聞記者 王蕙蓉
近日，科學家演示了容錯量子計算所需的基本構建模塊，或使無錯量子計算成為可能。
邏輯量子位上的門操作可以通過量子糾錯來抑制錯誤，該圖為藝術呈現圖，圖片來自JOHANNES KNÜNZ
相比現有的經典計算機，量子計算機本質上更容易受到干擾，因此量子計算離不開糾錯。否則錯誤將會在系統中不受控制地傳送，最終導致信息丟失。
1982年，W.K.Wootters和W.H.Zurek等科學家提出單量子不可克隆定理(no-cloning theorem)，即量子力學中對任意一個未知的量子態進行完全相同複製的過程是不可實現的。因此，科學家將邏輯量子信息分配到多個物理系統(如多個單原子)的糾纏態中，以實現信息冗餘。
此次，奧地利因斯布魯克大學實驗物理系Thomas Monz和德國於利希研究中心、亞琛工業大學Markus Müller領導的研究團隊，首次成功地演示了離子阱量子計算機中兩個邏輯量子位上的容錯通用門集，相關成果發表在《自然》(Nature)。「對於現實世界的量子計算機，我們需要一套通用的量子門集，用其來編程所有的算法。」因斯布魯克實驗物理學家Lukas Postler說道。
圖片來自《自然》(Nature)
前述團隊在離子阱量子計算機上實現了通用量子門集，該計算機包括16個被囚禁的原子。量子信息被存儲在兩個邏輯量子位中，每個量子位分布在七個原子上。這是首次在容錯量子位上潛在實現兩個計算門，這對於通用門集是必要的。因為在容錯量子位中，很難實現基於兩個量子位（一個 CNOT門，即量子受控非門）和一個邏輯T門的計算操作。
前述團隊通過在邏輯量子位中準備一個特殊的狀態，並通過糾纏門操作將其傳送到另一個量子位來演示T門。在編碼過的邏輯量子位中，存儲的量子信息被保護，不會出錯。但如果不進行計算操作，這樣的量子位就是無用的，並且操作本身很容易出錯。因此，研究人員在邏輯量子位上進行了操作，使基礎物理操作引起的錯誤可以被檢測和糾正，並在編碼的邏輯量子位上實現了通用門集的第一個容錯演示。
研究人員通過在經典計算機上的數值模擬驗證了其實驗結果，並致力於在更大規模、更實用的量子計算機上實現前述方法。團隊表示，他們在離子阱量子計算機上演示的方法也可用於其他量子計算機架構。
責任編輯：李躍群
校對：張艷
