近期，量子計(jì)算領(lǐng)域迎來了令人矚目的新進(jìn)展。奧地利因斯布魯克大學(xué)攜手德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，在量子計(jì)算容錯(cuò)技術(shù)上取得了重大突破，這一成果為量子計(jì)算的未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)出一種量子糾錯(cuò)方法，該方法使得量子計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中能夠靈活切換糾錯(cuò)碼。尤為他們首次在離子阱量子計(jì)算機(jī)上，成功運(yùn)用兩種不同的量子糾錯(cuò)碼，實(shí)現(xiàn)了一組通用量子門操作。這一突破意味著，量子計(jì)算機(jī)在運(yùn)算過程中將能更有效地抑制錯(cuò)誤，進(jìn)而提升計(jì)算的準(zhǔn)確性。

相關(guān)研究成果已于近日在《自然?物理》期刊上發(fā)表。這項(xiàng)研究不僅展示了量子計(jì)算領(lǐng)域的最新進(jìn)展，更為未來的量子計(jì)算應(yīng)用提供了有力支持。

量子計(jì)算與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在糾錯(cuò)方面存在顯著差異。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在運(yùn)算出錯(cuò)時(shí)，我們可以通過復(fù)制樣本等方式進(jìn)行檢測(cè)和糾正。然而，量子計(jì)算機(jī)卻無法復(fù)制未知的量子態(tài)，這使得傳統(tǒng)的檢錯(cuò)方法無法應(yīng)用于量子計(jì)算。為了解決這一難題，量子物理學(xué)家們借鑒了經(jīng)典計(jì)算機(jī)科學(xué)的思想，開創(chuàng)性地提出將量子信息分布在多個(gè)糾纏的量子比特上進(jìn)行冗余存儲(chǔ)，并通過特定的“糾錯(cuò)碼”來定義信息的分配方式。

早在2022年，由因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理系的Thomas Monz教授和亞琛工業(yè)大學(xué)量子信息系及于利希研究中心的Markus Müller教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，就已經(jīng)在容錯(cuò)量子比特上實(shí)現(xiàn)了一組通用操作。他們展示了如何在量子計(jì)算機(jī)上編寫算法以有效糾正錯(cuò)誤，這一成果為量子計(jì)算容錯(cuò)技術(shù)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

然而，不同的量子糾錯(cuò)碼各自存在難點(diǎn)。沒有一種糾錯(cuò)碼能夠以簡(jiǎn)單且受錯(cuò)誤保護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)所有邏輯量子比特門操作，這對(duì)于自由可編程計(jì)算來說是一大挑戰(zhàn)。為了克服這一難題，Markus Müller教授的研究小組創(chuàng)立了一種新方法，使量子計(jì)算機(jī)能夠在兩種糾錯(cuò)碼之間以容錯(cuò)方式靈活切換。

Markus Müller研究小組的博士生Friederike Butt解釋道：“我們的新方法使得量子計(jì)算機(jī)在遇到難以在第一種糾錯(cuò)碼中實(shí)現(xiàn)的邏輯門時(shí)，能夠切換到第二種糾錯(cuò)碼。這樣一來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算所需的所有門操作就變得更加容易。”她不僅開發(fā)了實(shí)驗(yàn)所基于的量子電路，還與因斯布魯克大學(xué)的Thomas Monz研究小組緊密合作，共同完成了這一具有里程碑意義的實(shí)驗(yàn)。

這一突破性進(jìn)展不僅展示了量子計(jì)算在容錯(cuò)技術(shù)上的巨大潛力，更為未來的量子計(jì)算應(yīng)用開辟了新的道路。隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，這一領(lǐng)域?qū)⒃谖磥韼砀嗔钊梭@嘆的成果。