參考消息網8月27日報道 據美國趣味科學網站7月28日報道，科學家實現了有史以來最低的量子計算錯誤率，朝著克服實用化、公用事業規模量子計算機研發過程中的根本性挑戰邁出了重要一步。

  在美國物理學會《物理評論快報》周刊6月12日刊登的一份研究報告中，科學家證明實現了0.000015%的量子計算錯誤率。這相當于每670萬次運算僅出現一次錯誤。這一成就意味著，準確性和速度都比之前的紀錄提高了近一個量級。之前的紀錄是同一團隊在2014年創下的，為每100萬次運算僅出現約一次錯誤。

  量子運算中錯誤(或稱“噪聲”)的盛行可能導致量子計算機的輸出內容變得無用。

  這種噪聲有多個來源，包括控制方法的缺陷(本質上是計算機架構和算法的問題)以及物理學定律。因此，科學家將大量精力投入量子糾錯領域。

  雖然與自然定律相關的錯誤，例如退相干(量子態的自然衰減)，只能在這些定律的框架內減少，但該研究團隊是通過將計算機架構和控制方法產生的噪聲降低到近乎零來取得上述成就的。

  英國牛津大學物理學研究生、該研究報告的共同第一作者莫莉·史密斯在一份聲明中說：“通過大幅降低出錯概率，這項工作顯著減少了糾錯所需的基礎設施，為未來量子計算機變得更小、更快和更高效開辟了道路。對量子比特的精確控制也將對開發其他量子技術(例如時鐘和量子傳感器)有幫助?！?/p>

  該研究團隊在實驗中使用的量子計算機依賴一個定制平臺，該平臺摒棄了以光子作為量子比特(量子比特是量子計算中的基本單元)的更常見架構，而是采用由“離子阱”構成的量子比特。

  這項研究還是在室溫下開展的。研究人員稱，這簡化了將該技術集成到實際的量子計算機中所需的設置。

  大多數量子系統要么部署依賴“量子點”的超導電路，要么使用激光(通常被稱為“光鑷”)將單個光子固定在適當位置以作為一個量子比特運行。而該研究團隊使用微波將一系列鈣-43離子困在適當位置。

  采用這種方法后，離子被置于超精細的“原子鐘”狀態。研究報告顯示，這項技術讓研究人員可以創建更多的“量子門”，其數量類似于一臺計算機所能執行的“量子運算”的數量，且準確度比基于光子的方法更高。

  一旦離子被置于超精細“原子鐘”狀態，研究人員就通過自動控制程序對離子進行校準。該自動控制程序定期校正微波控制方法引起的離子振幅和頻率漂移。

  換句話說，研究人員開發了一種算法，來檢測和校正用于捕獲離子的微波所產生的噪聲。通過消除這種噪聲，研究團隊就可以在他們的系統中以物理上可能的最低或接近最低的錯誤率進行量子運算。

  利用這種方法，現在可以開發出能夠大規模進行單門運算(用單量子比特門而非多量子比特門進行的運算)且錯誤近乎零的量子計算機。

  這意味著，用“離子阱”架構構建量子計算機的工程師和開發可在這樣的量子計算機上運行的算法的開發人員，無需將那么多量子比特專門用于糾錯。

  研究人員在聲明中稱，通過減少錯誤，新方法可以縮減所需的量子比特數量，以及量子計算機本身的成本和尺寸。

  不過，這對業界來說并非萬能藥，因為許多量子算法需要多門量子比特與單門量子比特協同工作或由單門量子比特組成，才能執行超出基本功能的運算。雙量子比特門功能的錯誤率仍然約為兩千分之一。（編譯/馬丹）