《自然》杂志：一种可防止量子计算机出错的新 - 电脑与信息技术杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表- 电脑与信息技术

来稿应自觉遵守国家有关著作权法律法规，不得侵犯他人版权或其他权利，如果出现问题作者文责自负，而且本刊将依法追究侵权行为给本刊造成的损失责任。本刊对录用稿有修改、删节权。经本刊通知进行修改的稿件或被采用的稿件，作者必须保证本刊的独立发表权。一、投稿方式： 1、请从我刊官网直接投稿。 2、请从我编辑部编辑的推广链接进入我刊投审稿系统进行投稿。二、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我刊所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我刊所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我刊所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。 5、投稿人授予我刊享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、第5条所述之网络是指通过我刊官网。 7、投稿人委托我刊声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

《自然》杂志：一种可防止量子计算机出错的新

作者:

关键词:

摘要：

在今天的《自然》杂志上，刊登了一篇重要论文，题为：“量子位丢失的实验确定校正”。一个国际科学家研究团队开发出了一种可以防止量子计算机出错的新技术，并实施了一种新协议，该协议允许在由于量子比特丢失而产生错误的情况下保护和纠正易碎的量子信息。

量子计算机将具有远远超过了传统计算机的非常出色的计算能力，这是因为量子计算机中的电路基于量子位，这些量子位不仅可以表示0或1，而且可以利用量子力学原理表示两种状态的叠加。尽管具有很大的潜力，但由于与外部环境的相互作用，量子位仍然非常脆弱并且容易出错。

量子计算机的成功运行取决于保护量子位免受退相干和噪声的影响，如果不进行校正，将导致错误的结果。由于这些错误会在算法期间累积，因此纠正这些错误是大规模且容错的量子信息处理器的关键要求。除了可以通过量子误差校正解决的计算错误外，信息的载体也可能完全丢失或信息可能泄漏出计算空间。可以预料，这种损失误差将以与计算误差相当快速的速率发生。

研究人员表示：“开发功能齐全的量子处理器仍然是全世界科学家面临的巨大挑战。” “这项研究使我们首次实现了一种协议，该协议可以检测并同时纠正由于量子位丢失引起的错误。这种能力可能被证明对于大规模量子计算机的未来发展至关重要。 ”

我们知道量子处理器对计算误差表现出一定的容忍度。但是对如何防止和纠正由于完全或部分丢失量子比特而导致的错误知之甚少。

当量子计算机详细说明数据时，某些量子位可能会从量子寄存器中完全丢失，或者会转变为不需要的电子状态。这两个过程的结果都是一种信息缺失，可能会使量子处理器失去作用。因此，设计能够分析和减轻这些错误后果的基于理论和实验的技术非常重要。

研究人员说：“为了解决这个问题，我们研究小组所做的第一件事就是为该问题开发一种有效的理论方法。” “我们设法证明，存储在带有某些量子位的寄存器中的信息可以受到保护，并在这些量子位之一丢失的情况下可以完全检索。”

然后，研究小组在现实生活中的量子处理器中实现了该协议。但是这并不容易。实际上，为了评估量子位是否丢失，直接测量将破坏量子寄存器中包含的所有信息。

为此，该研究小组提出了一个解决方案，即使用一个额外的量子位作为探针，可以在不改变计算过程的情况下评估其它量子位的存在与否。研究表明这个想法行之有效，使研究人员能够实时成功地测试其协议。

在该论文中，研究人员在捕获离子量子处理器中实验性地对拓扑表面代码的最小实例实现了量子位丢失检测和校正的完整周期。用于此校正的关键技术是通过辅助量子位执行的量子非拆卸测量，该功能用作微创探针，可检测缺失的量子位，同时对其余量子位赋予最小的量子机械上可能的干扰。

在检测到量子位丢失后，将实时触发恢复过程，该过程将逻辑信息映射到剩余量子位上的新编码上。尽管当前的演示是在捕获离子量子处理器中执行的，但该协议适用于其他量子计算体系结构和纠错码，包括领先的二维和三维拓扑代码。这些确定性方法为校正量子比特损失提供了一个完整的工具箱，与减轻计算误差的技术一起构成了完整且可扩展的量子误差校正的基础。

研究人员表示：“我们对其它研究机构的俘获离子量子处理器的测试结果感到满意，” “相同的协议可以在目前其它研究中心或机构正在开发的不同量子计算机体系结构中实现。”

参考：Experimental deterministic correction of qubit loss. /articles/s-020-2667-0

文章来源：《电脑与信息技术》网址: http://www.dnyxxjs.cn/zonghexinwen/2020/0912/520.html