《自然》：自動糾正量子誤差新方法被發現 構建容錯量子計算機邁出一步

由美國陸軍和空軍資助的聯合研究人員已經朝著構建容錯量子計算機邁出了一步，該計算機可以提供更強的數據處理能力。

量子計算在促進材料發現、人工智慧、生物化學工程等許多其他學科方面潛力無限，然而，由於量子計算機的基本構造模塊——量子位本身就很脆弱，量子計算的一個長期障礙是有效地實現量子誤差修正。

麻薩諸塞大學阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的研究人員發現了一種方法，可以保護量子信息不受超導系統中常見誤差源的影響。超導系統是實現大規模量子計算機的主要平台之一。這項發表在《自然》雜誌上的研究，實現了一種自動糾正量子誤差的新方法。

ARO是美國陸軍作戰能力發展司令部(DEVCOM，陸軍研究實驗室)的一個組成部分。作為空軍研究實驗室的一部分，AFOSR為空軍和太空部隊的基礎研究提供支持。

「這是一個非常激動人心的成就，不僅因為團隊能夠演示基本誤差修正概念，還因為結果顯示，整個方法以資源效率高方式實現。」 ARO量子信息科學項目經理Sara Gamble說，「隨著量子計算系統的規模擴大到陸軍相關應用所需的規模，效率變得越來越重要。」

今天的計算機是由代表經典位的電晶體組成的，要麼是1，要麼是0。量子計算是一種使用量子位或量子比特進行計算的新範式，利用量子疊加和糾纏可以獲得指數級的處理能力。

現有的量子糾錯演示是活躍的，這意味著它們需要定期檢查錯誤並立即修復它們。這就需要硬體資源，從而阻礙了量子計算機的擴展。

相反，研究人員的實驗通過調整量子比特所經歷的摩擦或耗散來實現被動量子誤差修正。由於摩擦通常被認為是量子相干性的剋星，這個結果可能顯得令人驚訝。訣竅在於耗散必須以量子的方式來設計。

這種一般的策略在理論上已經有20年的歷史了，但如何獲得這種耗散並將其用於量子誤差修正一直是一個挑戰。

AFOSR的量子信息科學項目官員格蕾絲·梅特卡夫(Grace Metcalfe)博士說，「展示這些非傳統的方法有望激發出更聰明的想法，來克服量子科學中一些最具挑戰性的問題。」

展望未來，研究人員表示，這意味著可能有更多的途徑來保護量子比特不受錯誤的影響，而且成本更低。

「儘管我們的實驗仍是一個相當初級的論證，但我們最終實現了耗散QEC的這種反直覺的理論可能性。」麻薩諸塞大學阿默斯特分校的物理學家Chen Wang博士說。「從中長期來看，這項實驗為建造一種實用的容錯量子計算機提供了可能性。」