克里斯·塞萨尔 与其他种类的量子计算机不同，建立在拓扑纠错基础上的量子计算机在许多量子比特的网络中抹除了单个量子比特的信息价值
信用:格德奥特曼/皮克斯贝 不管量子计算机的内部结构是什么，它的快速计算都可以归结为应用于量子比特的简单指令序列——量子计算机内部信息的基本单位
无论那台计算机是由离子链、超导体结还是硅芯片组成的，事实证明，一次只影响一两个量子位的几个简单操作，就可以混合和匹配来创建任何量子计算机程序——这一特性使特定的几个量子计算机变得“通用”
科学家称这些简单的操作为量子门，他们花了数年时间来优化这些门的组合方式
他们已经削减了给定计算所需的门(和量子位)的数量，并发现了如何在确保错误不会蔓延并导致失败的同时做到这一切
现在，JQI大学的研究人员已经发现了只使用恒定数量的简单构造块来实现健壮的、抗错的门的方法——基本上实现了电路深度参数的最佳缩减
他们的发现应用于基于拓扑量子纠错码的量子计算机，在最近发表在《物理评论快报》和《物理评论B》杂志上的两篇论文中有所报道，并在早期发表在《量子》杂志上的第三篇论文中有所扩展
电路深度计算影响每个量子位的门的数量，恒定的深度意味着给定操作所需的门的数量不会随着计算机的增长而增加——如果要防止错误，这是必要的
JQI研究员、马里兰大学(UMD)物理学副教授迈斯萨姆·巴克斯利说，这对健壮的通用量子计算机来说是一个很有前途的特性
“我们已经发现，物质的拓扑状态和拓扑纠错码中的一大类运算可以通过恒定深度的酉电路来实现，”巴克斯利说，他也是UMD凝聚态理论中心的成员
与其他种类的量子计算机不同，建立在拓扑误差校正基础上的量子计算机——迄今为止只在理论上进行过研究——不在单个物理量子位中存储信息
相反，他们在一个由许多量子位组成的网络中抹除了单个量子位的信息价值——或者更奇怪的是，跨越特殊的拓扑材料
这种信息模糊提供了对杂散光或微小振动(可能导致错误的量子扰动)的弹性，并且允许检测微小的错误，然后在计算过程中主动纠正
这是基于拓扑纠错的量子计算机的主要优势之一
但这种优势是有代价的:如果噪音不能轻易获取信息，你也不能
到目前为止，操作这样一台量子计算机似乎需要对存储信息的网络进行微小的、连续的改变——通常被描绘成二维的网格或格子
随着时间的推移，这些微小的变化叠加起来，有效地将晶格的一个区域围绕另一个区域循环移动，使网络看起来与开始时一样
量子位网络(由右边图像中的黑点表示)被变形，以便将两个区域(由红点和蓝点表示)相互编织在一起
这些图像显示了该过程的两个中间阶段
信用:图片由作者提供
网络的这些变化被称为辫子，因为它们在空间和时间上描绘的图案看起来像辫子或一条编织的面包
如果你想象把网络的快照像煎饼一样堆叠起来，它们会一步一步形成一条抽象的辫子
根据网络的基本物理特性——包括可以在其上跳跃的称为任意子的粒子种类——这些辫子足以运行任何量子程序
在新的工作中，作者表明编织几乎可以瞬间完成
打结的图表不见了，取而代之的是网络的原位重组
“这是一种教科书式的教条，这些辫子只能做绝热或非常缓慢，以避免在这个过程中造成错误，”关羽朱说，前JQI博士后研究员，目前是国际商用机器公司托马斯J
沃森研究中心
“然而，在这项工作中，我们意识到，我们可以以恒定的步数拉伸或挤压它们之间的空间，而不是缓慢地移动周围有任意子的区域
" 新配方需要两种成分
一是能够进行局部修改，重新配置构成网络的物理量子位之间的相互作用
这一部分与普通编织的要求没有太大的不同，但它被认为是在编织区域平行发生的
第二个要素是能够交换彼此不靠近的物理量子位上的信息——甚至可能是在编织区域的相对角落
第二个要求是对一些量子计算硬件的巨大要求，但是作者说有一些系统可以自然地支持它
“各种远程连接的实验平台可以支持我们的方案，包括离子阱、带有长传输线谐振器的电路QED系统、带有超导腔的模块化架构以及硅光子器件，”朱说
“或者你可以想象使用带有可移动量子位的平台
人们可以把这种平台想象成流体量子计算机，量子比特可以通过经典运动自由流动
" 在《物理评论快报》的论文中，作者提供了如何在一类特殊的拓扑量子码中实现瞬时编辫的明确说明
在《物理评论B》和《量子》的论文中，他们将这一结果扩展到了更一般的设置，甚至研究了它如何应用于双曲空间中的拓扑码(此外，添加一个新的模糊量子位只需要向网络中添加恒定数量的物理量子位)
作者们还没有弄清楚他们的新编织技术将如何与检测和纠正错误的额外目标相结合；这仍然是未来研究的一个未解决的问题
巴克斯利说:“我们希望我们的结果可能最终有助于建立具有恒定时空开销的容错量子计算的可能性。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
