耶鲁大学 信用:Pixabay/CC0公共域 耶鲁大学物理学家开发了一种纠错猫——一种新设备，它将薛定谔的猫叠加概念(一个物理系统同时存在于两种状态)与修复量子计算中一些最棘手错误的能力相结合
这是耶鲁在掌握和操作一台有用的量子计算机所必需的物理学方面的最新突破:在执行任务时，纠正在称为量子位的脆弱量子信息中出现的错误流
关于这一发现的一项新研究发表在《自然》杂志上
资深作者是耶鲁大学的F
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贝内克应用物理和物理学教授
这项研究的第一作者之一是亚历山大·格里姆和尼古拉斯·弗拉蒂尼，前者是德文特实验室的博士后助理，现在是瑞士保罗·舍勒研究所的终身教授，后者是德文特实验室的研究生
量子计算机有潜力改变一系列行业，从制药到金融服务，实现比今天的超级计算机快几个数量级的计算
由德文特、罗伯特·肖尔科夫和史蒂文·吉文领导的耶鲁大学继续建立在二十年开创性量子研究的基础上
耶鲁建造量子计算机的方法被称为“电路量子电动力学”，并在超导微波谐振器中使用微波光粒子(光子)
在传统计算机中，信息被编码为0或1
在计算过程中出现的唯一错误是“位翻转”，当一位信息意外地从0翻转到1时，反之亦然
纠正的方法是建立冗余:使用三个“物理”信息位来确保一个“有效”或准确的位
相比之下，量子信息比特——量子比特——同时受到比特翻转和“相位翻转”的影响，在这种情况下，量子比特在量子叠加态之间随机翻转(当两个相反的状态同时存在时)
到目前为止，量子研究人员试图通过增加更多的冗余来修复错误，要求每个有效的量子位都有大量的物理量子位
进入猫量子位——以薛定谔的猫命名，这个著名的悖论用来说明叠加的概念
这个想法是把一只猫放在一个密封的盒子里，盒子里有一个放射源和一种毒药，如果放射性物质的一个原子衰变，就会触发这种毒药
量子物理学的叠加理论认为，在有人打开盒子之前，猫是活着的和死了的，是状态的叠加
打开盒子观察猫会导致它突然随机改变量子状态，迫使它要么活着，要么死了
“我们的工作源于一个新想法
为什么不使用一种聪明的方法在单个物理系统中编码信息，以便直接抑制一种类型的错误？”德沃雷特问
与维持一个有效量子位所需的多个物理量子位不同，单个猫量子位可以独自防止相位翻转
猫量子位将一个有效的量子位编码成单个电子电路中两种状态的叠加——在这个例子中是一个超导微波谐振器，其振荡对应于猫量子位的两种状态
格林说:“我们通过将微波频率信号应用到一个并不比传统超导量子比特复杂多少的设备上来实现所有这些。”
研究人员说，他们可以根据命令将猫的量子位从任何一种叠加态转换成任何其他的叠加态
此外，研究人员开发了一种读取或识别编码到量子位中的信息的新方法
“这使得我们开发的系统成为一种多功能的新元素，有望在超导电路的量子计算的许多方面得到应用，”德文特说
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