编码将量子计算错误率降低数量级

量子计算中的错误限制了新兴技术的潜力。然而，现在澳大利亚悉尼大学的研究人员已经展示了一个新的代码来捕捉这些错误。量子计算的承诺力量在于量子系统的基本性质，它是所有可能状态的混合或叠加。

传统计算机处理一系列“位”，可以是1或0(或，开或关)。称为“量子比特”的量子等价物可以同时存在为1和0，并且可以“一起”解决。

其中一个结果是计算能力的指数增长。传统的计算机中央处理单元基于64位架构。等效大小的量子单元将能够同时代表1800万亿个状态或计算。

实现量子比特驱动计算指数增长的挑战在于量子态是脆弱的，当暴露于周围世界的电子“噪声”时容易崩溃或产生错误。如果这些错误可以被软件捕获，它将使底层硬件对计算更有用。

“这实际上是第一次在理论上实现了量子逻辑门在理论上的应用效益，” 一篇发表在物理评论快报杂志上的新论文的第一作者罗宾哈珀说。

Harper和他的同事Steven Flammia在一家科技巨头IBM的量子计算机上实施了他们的代码，这些计算机是通过该公司的IBM Q计划提供的。结果是将错误率降低了一个数量级。

测试是在量子逻辑门，任何量子计算机的构建块以及等效的经典逻辑门上进行的。

“当前的设备往往太小，量子比特之间的互连性有限，而且太'嘈杂'，无法进行有意义的计算，”哈珀说。

“然而，它们足以作为证明原理概念的试验台，例如使用量子代码检测和潜在地纠正错误。”

日常设备的电子设备可以运行数十年而不会出错，但量子系统在启动后只能在几分之一秒内出现错误。

改善这段时间是寻求从简单的逻辑门扩展到更大的计算系统的关键步骤。

该团队的代码能够将IBM系统的错误率从5.8%降至0.60%。

“看待这种情况的一种方法是通过熵的概念，”Flammia解释道。

“所有系统都趋于混乱。在传统的计算机中，系统易于刷新，有效地将熵转移出系统，允许有序计算。

“在量子系统中，对抗熵的有效复位方法难以设计。我们使用的代码是从系统中转储这个熵的一种方法。“

像IBM，Google，Rigetti和IonQ这样的公司已经或即将开始允许量子研究人员在这些小型，嘈杂的机器上测试他们的理论方法。

“这些实验首次证实，使用量子代码检测逻辑门操作中的错误的理论能力在当今的设备中是有利的，这是朝着建立大规模量子计算机的目标迈出的重要一步，”哈珀说。