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内置纠错功能的物理量子比特问世

2024-02-05 09:23:00

来源:科技日报

原标题:内置纠错功能的物理量子比特问世

  日本东京大学、德国约翰内斯·古腾堡大学和捷克帕拉茨基大学研究人员组成的团队,最近展示了一种构建光子量子计算机的新方法。该团队没有使用单个光子,而是采用了激光产生的光脉冲,这一光脉冲可由多个光子组成。相关研究成果发表在新一期《科学》杂志上。

  量子比特非常容易受到外部影响,这意味着它们存储的信息很容易丢失。为了保证量子计算机提供可靠的结果,有必要产生一个真正的纠缠,将几个物理量子比特连接在一起,形成一个逻辑量子比特。如果其中一个物理量子比特发生故障,其他量子比特将保留信息。然而,阻碍功能量子计算机发展的主要困难之一是需要大量的物理量子比特。

  单光子通常用作物理量子比特。从某种意义上说,这些光子是微小的光粒子,本质上比固态量子比特运行得更快,但同时也更容易丢失。

  研究团队此次将激光脉冲转换为量子光学状态,从而提供了纠正错误的固有能力。虽然该系统仅由激光脉冲组成,但原则上它可立即消除错误。因此,无需通过大量光脉冲将单个光子生成为量子比特,然后让它们作为逻辑量子比特相互作用这一过程。

  研究人员表示,他们只需要一个光脉冲就可获得一个强大的逻辑量子比特。换句话说,在这个系统中,物理量子比特已经等同于逻辑量子比特。这是一个非凡而独特的概念。

  虽然东京大学实验产生的逻辑量子比特的质量还不足以提供必要的容错水平。但新研究清楚地表明,使用最具创新性的量子光学方法将不可普遍校正的量子比特转换为可校正的量子比特是可能的。

  物理量子比特是物理系统中的基本单元,是实际存在的,毫无疑问它们会“犯错”。而逻辑量子比特是一种理想的、抽象的概念,无论计算过程中有多少错误,其都能保持结果的稳定性。人们可以把后者当成前者的“保护壳”,譬如编码逻辑量子比特,让它的信息留存在物理量子比特里,从而实现对物理量子比特的保护和容错。在本次研究中,科学家已经让物理量子比特几乎等同于逻辑量子比特,确实可称为一个了不起的进步。

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