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英國《自然》雜志14日發(fā)表一項(xiàng)量子計(jì)算最新成果：谷歌人工智能設(shè)計(jì)的量子處理器“懸鈴木”實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤抑制的指數(shù)增長，該實(shí)驗(yàn)演示為可擴(kuò)展容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)的開發(fā)鋪平了道路。這一結(jié)果被認(rèn)為翻開人類計(jì)算能力的新篇章，因?yàn)樗砻髁孔蛹m錯(cuò)可以成功將錯(cuò)誤率控制在一定范圍內(nèi)，并逼近量子計(jì)算機(jī)潛力的閾值。

量子計(jì)算一個(gè)目標(biāo)就是以指數(shù)級倍數(shù)超過傳統(tǒng)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的速度，去執(zhí)行特定計(jì)算任務(wù)。但量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣，很容易出現(xiàn)由底層物理系統(tǒng)“噪聲”引起的錯(cuò)誤。行之有效的解決辦法，是在計(jì)算機(jī)操作中加入一種能在錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正這些錯(cuò)誤的方法。一種量子糾錯(cuò)方法使用量子糾錯(cuò)碼，通過將多個(gè)量子比特（量子信息的單位，對應(yīng)經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特）當(dāng)作一個(gè)邏輯量子比特，從而在不破壞邏輯量子比特中存儲(chǔ)信息的情況下，發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。但為了實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的潛力，邏輯錯(cuò)誤率必須保持在很低的水平。

此次，美國谷歌的研究人員朱麗安·凱利及其同事，研究了“懸鈴木”處理器的量子糾錯(cuò)能力。“懸鈴木”包含一個(gè)54超導(dǎo)量子比特的二維陣列。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)行了兩種量子糾錯(cuò)碼：一種是最多由21個(gè)量子比特組成的一維鏈重復(fù)碼，用來測試錯(cuò)誤抑制能力；另一種是由7個(gè)量子比特組成的二維表面碼，作為與更大碼的設(shè)置相容性的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的研究表明，將重復(fù)碼基于的量子比特?cái)?shù)量從5個(gè)提高到21個(gè)，對邏輯錯(cuò)誤的抑制實(shí)現(xiàn)了最多100倍的指數(shù)增長。這種錯(cuò)誤抑制能力在50次糾錯(cuò)實(shí)驗(yàn)中均表現(xiàn)穩(wěn)定。

這些結(jié)果之所以令人振奮，是因?yàn)樗鼈儽砻髁孔蛹m錯(cuò)可以成功將錯(cuò)誤率控制在一定范圍內(nèi)。雖然這個(gè)錯(cuò)誤率還沒達(dá)到實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)潛力的閾值，但此次最新的結(jié)果表明，“懸鈴木”架構(gòu)或已逼近這一閾值。

總編輯圈點(diǎn)

量子計(jì)算機(jī)想要實(shí)現(xiàn)它的既定目標(biāo)，還需要克服許多挑戰(zhàn)。比如在產(chǎn)生較大計(jì)算空間的同時(shí)保證計(jì)算錯(cuò)誤率低，以及設(shè)計(jì)一種經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以處理但量子計(jì)算機(jī)可以輕松完成的基準(zhǔn)測試。其中，量子糾錯(cuò)被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)可容錯(cuò)通用量子計(jì)算的核心問題。此次科學(xué)家表明，量子糾錯(cuò)已經(jīng)可以成功將錯(cuò)誤率控制在一定范圍內(nèi)，無疑等于在該領(lǐng)域里邁出了一大步。未來，利用量子糾錯(cuò)在邏輯比特層面上進(jìn)行精密操作，都需以此為基礎(chǔ)。

文/科技日報(bào)記者 張夢然

編輯/范輝