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usdt官网接口:量子力学的额外复杂性:未来量子计算机将如何纠错?

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单个量子比特的状态需要被换到9个量子比特上才能进行纠错

  11月29日消息,据国外媒体报导,量子纠错的话题性远不如“量子霸权”,对于量子计算机的应用而言,量子纠错却有着远超过量子霸权的重要性。那么,实用化的量子计算机将采用什么样纠错方法?最近,研究者在一台真正的机器上进行了演示。

  1994年,当时还在新泽西州贝尔实验室工作的数学家彼得·秀尔证明,量子计算机解决某些问题的速度要比经典机器快得多,甚至达到指数倍。问题在于,我们能造出量子计算机吗?怀疑者认为,量子态过于脆弱,以至于环境将不可避免地混淆量子计算机中的信息,使其根本不是量子态。

  一年后,彼得·秀尔做出了回应。经典的纠错方案是通过测量单个比特来纠错,但这种方法不适用于量子比特(qubit),因为任何测量都会破坏量子态,从而干扰量子计算。秀尔找到了一种方法,可以在不测量量子比特自身状态的情况下,检测是否发生了错误。这一方法标志着量子纠错领域的开端。

  随着这一领域的蓬勃发展,大多数物理学家开始将秀尔的算法视为构建实用化量子计算机的唯一途径。如果没有这种方法,就无法提升量子计算机的性能,使其能够解决真正困难的问题。

  与通常的量子计算一样,开发纠错代码是一回事,而在工作机器中实现它则是另一回事。不过,在2021年10月初,由美国马里兰大学物理学家克里斯·门罗领导的研究团队报告称,他们成功演示了秀尔的纠错回路在运行时所必需的多个要素。

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  那么,彼得·秀尔是如何解决这个难题的呢?简单来说,他利用了量子力学的额外复杂性。

  重复比较

  彼得·秀尔在设计纠错编码时仿照了经典中继器的编码,其中包括复制每一比特的信息,然后定期检查这些副本。如果其中一个比特不同于其他比特,计算机就可以纠正这个错误并继续计算。

  在秀尔设计的量子纠错编码中,他用三个独立的“物理”量子比特来编码信息的单个量子比特,即“逻辑”量子比特。当然,他的量子中继编码不可能和经典版本完全一样。量子计算的优势本质上来自量子比特可以同时存在于0和1的“叠加”中。由于测量量子态会破坏这种叠加,因此没有直接的方法来检查是否发生了错误。

经典的纠错方案是通过测量单个比特来纠错,但这种方法不适用于量子比特(qubit),因为任何测量都会破坏量子态,从而干扰量子计算。为了解决这一问题,量子纠错编码需要另辟蹊径,对量子比特的状态进行检测

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