物理学家首次打造出可“自检查、自纠错”的量子电路
要实现量子计算的梦想,就必须先克服一些困难,比如保持存储系统的稳定——即克服量子计算信息的基本单元(量子位/qubit)所固有的不稳定性。好消息是,来自美国加州大学伯克利分校的物理学家们,已经打造出了一个突破性的电路,它能够不断地自我检查、以保持量子存储始终处于无差错的状态。 ![]() UC Berkeley的物理学家们宣称打造出了突破性的量子点路,因其能够检查并纠正自身的错误。 量子信息很容易遇到由环境所引发的错误,比如宇宙射线、或者一个位置的量子相干(quantum coherence)崩溃,这意味着包含一个量子位的信息很容易丢失。 此外,由于量子纠缠态的特殊性,任何试图复制信息的行为,都会对它造成即时的破坏。 不过,身为一名研究生的UC Berkeley约翰·马蒂尼物理实验室研究员Julian Kelly表示:“量子计算的一个最大挑战,就是量子比特本身出现了问题(inherently faulty)。所以如果你在里面存储了一些信息,它们是会被忘记的”。 该团队并未尝试维持一个量子比特(比方说将其诱捕到硅的同位素中),而是通过某种基于算法的方式来实现。 ![]() 量子纠错系统和相应算法的原理图。 不同于传统计算机,量子计算机不使用二进制(0和1)来存储数据,因为它还拥有另一种“叠加态”(superpositioning),即它既可以是0、也可以是1。 尴尬的是,尽管这一特性让它在计算能力方面拥有显著优点,但量子位也有一个显著的缺点,那就是量子位很容易出现“翻转”(flipping,状态随机地改变),而且在不稳定的环境中会更加严重。 Kelly说到:“这使得我们很难处理信息,如果它消失了的话”。为了解决这个问题,他们想出了全新的错误检测和校正方法——将信息同时存储在多个量子位上。 该团队的想法是:“我们打造了一套包含9个量子比特、然后可以查找错误的系统。网格中的量子位负责维护其邻位信息(通过重复的误差检测和校正),如此一来,相应的信息就可以保存得比任何单独的量子位都更长久更准确” 。 |