提出了一种“临界薛定谔猫代码”以提高对错误的恢复能力。该研究引入了一种新颖的编码方案，可以彻底改变量子计算机的可靠性
在一项重大的量子计算突破中，洛桑联邦理工学院（EPFL ）的物理学家提出了一种“关键薛定谔猫代码”，用于提高对错误的恢复能力，这是一种受薛定谔思想实验启发的编码方案。这种在混合状态下运行的新颖系统不仅提供了增强的错误抑制能力，而且还显示出对随机频移错误的显着抵抗力，为具有多个交互量子位的设备铺平了道路，这是对量子计算机的最低要求。图片来源：Vincenzo Savona (EPFL)
洛桑联邦理工学院（EPFL ）的科学家提出了一种突破性的量子计算错误恢复方案，称为“临界薛定谔猫代码”。这种新颖的系统在混合状态下运行，表现出增强的错误抑制能力和对随机频移引起的错误的令人印象深刻的抵抗力，从而提高了创建具有多个相互作用的量子位的量子计算机的可能性。
量子计算使用量子力学的原理来编码和阐述数据，这意味着它有朝一日可以解决当前计算机难以处理的计算问题。后者使用代表 0 或 1 的位，而量子计算机使用量子位或量子位——量子信息的基本单位。
量子科学与工程中心主任 Vincenzo Savona 教授说：“随着从药物发现到复杂生物系统和材料的优化和模拟的应用，量子计算有可能重塑科学、工业和社会的广阔领域。”在洛桑联邦理工学院。
与经典位不同，量子位可以同时存在于 0 和 1 状态的“叠加”中。这允许量子计算机同时探索多个解决方案，这可以使它们在某些计算任务中显着更快。然而，量子系统非常脆弱，容易受到与其环境相互作用引起的错误的影响。
Savona 说：“制定策略来保护量子位免受此影响或在错误发生后检测并纠正错误对于实现大规模容错量子计算机的开发至关重要。”他们与 EPFL 物理学家 Luca Gravina 和 Fabrizio Minganti 一起取得了重大突破，提出了一种“临界薛定谔猫代码”以提高对错误的恢复能力。该研究引入了一种新颖的编码方案，可以彻底改变量子计算机的可靠性。
什么是“临界薛定谔猫代码”？
1935 年，物理学家埃尔温·薛定谔提出了一个思想实验来批判当时对量子力学的普遍理解——哥本哈根诠释。在薛定谔的实验中，一只猫被放在一个密封的盒子里，盒子里装有一瓶毒药和一个放射源。如果放射源的单个原子衰变，盖革计数器会检测到放射性，然后会打碎烧瓶。毒药被释放，杀死了猫。
根据量子力学的哥本哈根观点，如果原子最初处于叠加态，猫也会继承同样的状态，发现自己处于生死叠加态。 “这种状态恰好代表了在宏观尺度上实现的量子比特的概念，”Savona说。
过去几年，科学家们从薛定谔的猫中汲取灵感，建立了一种称为“薛定谔猫密码”的编码技术。在这里，量子位的 0 和 1 状态被编码到谐振腔中振荡电磁场的两个相反相位，类似于猫的死或活状态。
“过去曾使用两种不同的方法实现薛定谔猫密码，”Savona 解释道。 “一个利用腔体中的非谐效应，另一个依赖于精心设计的腔体损耗。在我们的工作中，我们通过在一个中间机制中运作来弥合两者，结合了两个世界的优点。尽管以前认为这种混合机制没有效果，但它可以增强错误抑制能力。”核心思想是在相变的临界点附近运行，这就是关键猫代码中的“关键”部分所指的。
关键 cat 代码还有一个额外的优势：它对随机频移引起的错误表现出非凡的抵抗力，这通常对涉及多个量子位的操作构成重大挑战。这解决了一个主要问题，并为实现具有多个相互交互的量子比特的设备铺平了道路——这是构建量子计算机的最低要求。
“我们正在驯服量子猫，”Savona说。 “通过在混合体系中运行，我们开发了一个超越其前身的系统，这代表了猫量子比特和整个量子计算的重大飞跃。这项研究是构建更好的量子计算机道路上的一个里程碑，展示了 EPFL 致力于推进量子科学领域和释放量子技术的真正潜力。
参考：Luca Gravina、Fabrizio Minganti 和 Vincenzo Savona 的“临界薛定谔猫量子比特”，2023 年 6 月 7 日，Physical Review X Quantum。