受保护量子位纠结:在容错量子计算机开发中的里程碑

错误保护量子位纠缠

用晶格排列的量子颗粒形成耐腐蚀量子处理器的基础。信贷:Uni Innsbruck / Harald Ritritch

甚至电脑也会计算错误。已经很小的扰动改变了存储的信息并破坏了结果。这就是为什么计算机使用各种方法不断地纠正这些错误。

在量子计算机中,可以通过在多个量子粒子中存储量子信息来减少对错误的漏洞。这些逻辑量子位对错误不太敏感。

近年来,理论家已经开发出许多不同的纠错码,并针对不同的任务进行了优化。“量子误差校正中最有前途的代码是在二维格子上定义的那些,”因斯布鲁克大学的实验物理系托马斯·莫兹解释。“这是由于电流量子计算机的物理结构可以非常适合通过这种格子映射。”

在这些代码的帮助下,逻辑量子比特可以分布在几个量子对象上。德国因斯布鲁克的量子物理学家首次成功地将用这种方式编码的两个量子比特纠缠在一起。两个量子位元的纠缠是量子计算机的重要资源,使量子计算机比传统计算机具有性能优势。

一种量子缝纫机

在他们的实验中,物理学家使用了一个有10个离子的离子陷阱量子计算机。在这些离子中,逻辑量子位被编码。使用一种被科学家称为“晶格手术”的技术,在一个晶格上编码的两个逻辑量子位可以“缝合在一起”。因斯布鲁克研究小组的亚历山大·埃哈德解释说:“一个新的更大的量子位是用这种方式拼接在一起的。”反过来,一个大的逻辑量子位可以通过晶格运算分离成两个独立的逻辑量子位。

与两个逻辑量子位之间的标准操作不同,晶格操作只需要沿着编码量子位的边界进行操作,而不是在其整个表面。理论物理学家尼科莱·弗里斯(Nicolai Friis)和亨德里克·波尔森·诺特鲁普(Hendrik Poulsen Nautrup)解释说:“这减少了在两个编码的量位数之间产生纠缠所需的操作次数。”

容错量子计算机的关键技术

晶格手术被认为是未来容错量子计算机操作的关键技术之一。使用点阵手术,领导的物理学家托马斯Monz Rainer蜚蠊,亨德里克•保尔森的理论物理学家Nautrup和汉斯Briegel因斯布鲁克大学理论物理和尼科莱弗瑞的量子光学和量子信息学院(IQOQI)在维也纳,奥地利科学院已经展示了一代的两个量子位编码之间的纠缠。

这是拓扑编码Qubits之间的非经典相关的第一次实验实现。此外,研究人员能够首次演示量子状态的第一次在两个编码的Qubits之间传送。

参考:2021年1月13日,自然
DOI:10.1038 / S41586-020-03079-6

这项研究得到了奥地利科学基金FWF和研究促进机构FFG以及欧盟的财政支持。

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