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物理学家表示,容易原真希代出错的量子比特可以自我纠正

物理学 2022-06-14 23:59:06

国家标准与技术研究所的查德·鲍廷 这位艺术家的概念简化了论文中的想法,以说明新量子位设计的整体概念

光子像顺流而下的水一样不断流入空腔(#1),光子的波状性质以干涉图案的形式相互作用,形成值0和1的叠加,并将它们存储为量子位的信息(#2)

由落入流(#3)中的日志表示的噪声可以很容易地破坏普通量子位的干涉图案,但是刷新光子保持了波源的强,允许图案在短时间内重建自身(#4),从而保持量子位的信息对一些常见威胁的鲁棒性

信用:B

海斯/NIST 量子计算机设计者面临的主要障碍之一——纠正处理器计算中的错误——可以通过国家标准与技术研究所(NIST)、马里兰大学和加州理工学院的物理学家的新方法来克服,他们可能已经找到了一种设计自动纠正的量子存储开关的方法

该团队的理论论文今天发表在《物理评论快报》杂志上,提出了一种更容易的方法来创建稳定的量子位,通常会受到环境干扰和误差的影响

找到纠正这些错误的方法是量子计算机发展中的一个主要问题,但是研究小组设计量子比特的方法可以回避这个问题

“纠错使本已复杂的情况变得更加复杂

第一作者西蒙·利欧说:“这通常需要你建立额外的量子位,并进行额外的测量来发现错误,所有这些通常会导致大量的硬件开销。”他在NIST大学和马里兰大学的联合量子研究所(JQI)和量子信息与计算机科学联合中心工作

“我们的计划是被动和自主的

它会自动完成所有额外的工作

" 设计师们正在试验许多方法来建造量子位

一种有前途的结构被称为光子谐振腔

在其微小的体积内,多个光子可以被驱动在空腔的反射壁之间来回反弹

光子在空腔中显示出它们的波状特性,结合起来形成波纹状的干涉图案

模式本身包含量子位的信息

这是一种微妙的安排,就像池塘表面的波纹一样,往往会很快消散

它也很容易受到干扰

为了工作,量子位需要和平与安静

来自周围环境的噪声——比如附近其他组件发出的热量或磁场——会干扰干扰模式,破坏计算

团队成员没有构建一个复杂的系统来检测、测量和补偿噪声和误差,而是意识到如果腔内光子的供应不断更新,量子位的量子信息可以承受一定量和类型的噪声

因为空腔可以容纳许多光子,一个量子位包含相当多的光子,形成了一些冗余

在一些量子位设计中,光子泄漏到环境中——这是很常见的——意味着信息丢失

但是,团队的方法并没有防范这种泄漏,而是将它纳入其中

他们腔中剩余的光子将维持干涉图案足够长的时间,让更多的光子进入并取代缺失的光子

持续不断的新鲜光子流也意味着,如果空腔中的一些光子被噪声破坏,它们会被迅速冲走,从而不会造成灾难性的损害

干涉图案可能会有片刻的波动,就像一个池塘的波纹会随着一个令人不安的水花落下一样,但是波纹的脉动源会保持一致,帮助图案——以及它的量子信息——迅速重新显示出来

“这就像添加新鲜的水,”柳说

“任何时候信息被污染,你在推进水和清理你的管道的事实动态地保持它抵抗损害

这种整体结构保持了它的稳定状态

" 刘说,这种方法不会使量子位抵抗所有类型的错误

一些干扰仍然被认为是系统无法处理的过于剧烈的喷溅

此外,这个概念主要适用于团队考虑的光子腔,并不一定有助于加强其他领先的量子位设计

提出的方法增加了一批有前途的量子计算机纠错技术,如“拓扑”量子位,它也可以自我纠正,但需要尚未制成的外来材料

虽然该团队预计新方法对超导架构中基于微波光子的量子计算特别有用,但它也可能在基于光子的计算中找到应用

该团队的工作建立在以前关于光子量子位的理论和实验工作的基础上

刘说,其他物理学家已经为实验测试该小组的提议奠定了大部分必要的基础

“我们计划联系实验学家来测试这个想法,”他说

“他们只需要将一些现有的成分放在一起

"

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