苏黎世联邦理工学院的研究人员首次实现了对数字量子系统中的错误进行快速且持续的纠正。
他们克服了通往实用化量子计算道路上的一个重要障碍，而此前的纠错方法无法做到这一点。
世界各地的大学和公司都在致力于量子计算研究。
量子计算机被视为未来信息处理的希望之光。然而，人们对其能否最终取代传统计算机仍存在不确定性，原因在于量子计算机存在一个问题：它们极易出错，而纠错工作要求极高。
苏黎世联邦理工学院的研究人员现已成功克服了一项重要障碍：他们首次能够自动纠正量子系统中的错误，且纠错程度足以使量子运算的结果可以在实践中加以应用。“证明可以快速且反复地纠正使用量子比特（qubit）工作的量子计算机中的错误，是迈向构建实用化量子计算机道路上的一项突破，”苏黎世联邦理工学院物理系教授、量子中心主任安德烈亚斯·瓦尔拉夫（Andreas Wallraff）表示。科学家们刚刚在ArXiv.org上以预印本形式发表了相关论文，并已将其提交至期刊以待发表。
精巧的量子比特排布
此前的纠错方法无法同时检测并纠正量子系统中出现的两种基本错误类型。瓦尔拉夫团队现已展示了首个能够反复检测并纠正这两类错误的系统。研究人员使用一块芯片实现了这一重要成功，该芯片由苏黎世联邦理工学院自有的洁净室实验室专门制造，共包含17个超导量子比特。研究团队采用了所谓的表面码进行纠错，这是一种将一个量子比特的量子信息分布到多个物理量子比特上的方法。
该芯片的17个量子比特中，有9个排列成3×3的方形点阵，共同构成所谓的逻辑量子比特，即量子计算机的计算单元。芯片上其余8个量子比特与之错开排列，其任务是检测系统中的错误。
如果逻辑量子比特中出现的扰动使信息失真，系统会将该扰动识别为错误，控制电子设备随后相应地校正测量信号。“目前，我们并不直接在量子比特中纠正错误，”该研究的第一作者之一、瓦尔拉夫团队科学家塞巴斯蒂安·克林纳（Sebastian Krinner）承认，该研究由他与纳坦·拉克鲁瓦（Nathan Lacroix）共同主导。“但对于大多数算术运算而言，这一步甚至并不必要。”
用于控制芯片上量子比特的高度专业化电子设备，由苏黎世联邦理工学院的衍生企业苏黎世仪器公司（Zurich Instruments）制造。芯片本身位于大型低温恒温器（一种特殊的冷却装置）的最底层，工作温度仅为0.01开尔文，几乎接近绝对零度。
论坛正在采取哪些措施来避免网络大流行？
竞争激烈的研究领域
纠错目前是量子研究中竞争非常激烈的领域。除苏黎世联邦理工学院和代尔夫特理工大学等理工类大学外，竞争者还包括谷歌和IBM等大型企业。“我们与德国和加拿大的同事合作，成为首个用量子比特实现实用化纠错的团队。这一成就令我们倍感自豪，”瓦尔拉夫表示，“这证明我们苏黎世联邦理工学院确实处于量子研究的顶级行列。”
下一步，苏黎世联邦理工学院的研究人员希望构建一块5×5量子比特点阵的芯片，这需要相应更为复杂的技术，并且还将包含更多用于纠错的量子比特。
