作者莫妮卡·埃尔南德斯，威廉·舒尔茨，劳伦斯·伯克利国家实验室
通过随机编译减轻错误的实验演示
左图:八量子比特超导量子处理器
右图:与理想(黑色)态相比，单个量子比特的量子态断层成像，有(橙色)和没有(蓝色)随机编译
学分:阿克尔·哈希姆/伯克利实验室 劳伦斯伯克利国家实验室的高级量子测试床(AQT)的研究人员证明了一种被称为随机编译(RC)的实验方法可以显著降低量子算法中的错误率，并导致更精确和稳定的量子计算
多学科团队的突破性实验结果不再只是量子计算的理论概念，而是发表在《物理评论X》上
在AQT的实验是在一个四量子比特超导量子处理器上进行的
研究人员证明，RC可以抑制量子计算机中最严重的一种错误:相干错误
参与这项实验突破的AQT研究员、加州大学伯克利分校的研究生Akel Hashim解释说:“在这个嘈杂的中尺度量子(NISQ)计算时代，我们可以执行量子计算，但这些计算非常嘈杂，容易出现来自许多不同来源的错误，并且由于我们的量子位的退相干——即信息丢失——不会持续很长时间
" 相干误差没有经典的计算模拟
这些类型的误差是系统性的，是量子处理器上量子位控制不完善的结果，在量子算法中会发生相长干涉或相消干涉
因此，很难预测它们对算法性能的最终影响
虽然理论上，相干误差可以通过完美的模拟控制来纠正或避免，但由于控制相邻量子位的信号之间的“串扰”，当更多的量子位被添加到量子处理器中时，相干误差往往会恶化
AQT研究员阿克尔·哈希姆正在研究超导量子处理器的室温电子控制系统
学分:克里斯蒂安·于格/伯克利实验室 RC协议于2016年首次概念化，并不试图修复或纠正连贯错误
相反，RC通过随机化相干误差影响量子位的方向来缓解这个问题，这样它们的行为就好像它们是一种随机噪声
RC通过创建、测量和组合许多逻辑等效量子电路的结果来实现这一目标，从而平均化相干误差对任何单个量子电路的影响
“我们知道，平均而言，随机噪声会以相同的平均错误率持续出现，因此我们可以根据平均错误率可靠地预测结果
随机噪声对我们系统的影响永远不会比平均错误率更糟——对于相干错误来说，情况并非如此，相干错误对算法性能的影响可能比它们的平均错误率所暗示的要差几个数量级
" AQT研究员阿克尔·哈希姆验证随机编译的实验结果
学分:克里斯蒂安·于格/伯克利实验室 哈希姆用天文学中信噪比的类比来比较量子计算中相干误差和随机噪声的影响
望远镜工作的时间越长，信号相对于噪声的增长就越多，因为信号会相干地建立在自身之上，而噪声——不相干和不相关的——增长就要慢得多
量子算法中的相干误差可以通过相长干涉建立起来，并且通常比随机噪声增长得更快
然而，RC的实验演示表明，量子算法中的相干误差可以被控制以慢得多的速度增长
AQT团队与协议的最初创造者约瑟夫·爱默生和乔尔·沃曼密切合作，他们共同创立了量子基准公司
(最近被Keysight Technologies收购)解决量子计算系统中的基准测试和减少错误的问题
哈希姆说:“不必自己设计软件来执行RC协议，最终为我们节省了大量的时间和资源，让我们能够专注于实验工作。”
通过从美国和世界各地的量子信息科学界引入研究人员和合作伙伴，AQT能够基于领先技术之一超导电路探索和开发量子计算
“RC是基于门的量子计算的通用协议，它对特定的错误模型和硬件平台是不可知的，”Hashim描述道
“有许多应用和算法类别可能会受益于RC
我们的合作研究表明，在NISQ时代，RC致力于改进算法，我们预计它将继续成为超越NISQ的有用协议
我们在AQT的工具箱里有这个成功的演示是很重要的
我们现在可以将其部署在其他测试平台用户项目上
"
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