量子计算机纠错系统离成功 “近在咫尺”

　　谷歌的物理学家在量子计算机的信息保护方面迈出了重要的一步。量子计算机存储的信息可能会湮灭，研究人员也无法纠错——这是构建成熟的量子计算机的必要步骤。

　　加州大学戴维斯分校的数学家Greg Kuperberg说："这里没有重大突破，但他们正在做艰苦的工作，而且他们正在获得明显进展。"柏林自由大学的理论物理学家Joschka Roffe说，谷歌的研究人员在完全纠错方面与成功 "近在咫尺"。

　　20多年来，物理学家和工程师一直在开发量子计算机。然而，量子比特比普通比特要狡猾得多。来自环境的最轻微的噪音，如杂散的电场或磁场，可以抹去量子位的微妙迭加状态，使其处于0或1的确定状态。

　　处理这种错误是一项艰巨的挑战。普通计算机可以通过简单地复制比特，并使用备份校验内存的状态。量子计算机不能这样做，因为量子力学有所谓的不可克隆定理。科学家们不得不设计出将一个 "逻辑" 量子位的信息分散到许多量子位上的方法。例如，一个30%为0、70%为1的单一量子比特的状态可以分散到三个量子比特中，这样，作为一个群体，这些量子比特处于这样一种状态：所有三个量子比特中30%为0，70%为1。这种更大但等效的量子状态有助于研究人员纠错。

　　然而，他们又不能通过直接测量，因为测量本身会导致迭加态的坍缩。因此，研究人员将数据量子比特与所谓的辅助量子比特交织在一起，建立量子纠缠。通过反复测量辅助量子比特，研究人员可以知道相邻的数据量子比特是否已经被篡改——而不需要直接测量数据量子比特。原则上，物理学家可以将这些量子比特推回到它们的原始状态。

　　他们前提在《自然》上报告说，通过对多达11个数据量子比特的链进行分析，谷歌现在已经能够将逻辑量子比特(信息)保存一段时间，这个时间随着物理量子比特(存储信息的实体)的数量呈指数级增长。通过在多达11个数据量子位上分散一个量子位的状态，他们将50微秒后出现错误的几率从40%降低到0.2%。

　　其他团队已经验证了类似的错误纠正方案，但新工作是首次证明，可以指数级增加物理量子比特，避免错误出现。这种指数级抑错表明，开发者最终可能会通过将逻辑量子比特分散到大约1000个物理量子比特上而无限期地维持它。

　　不过，该团队在完全纠错方面只走完了一半。首先，研究人员还没有将翻转的物理量子比特推回到它们的原始状态。

　　更重要的是，谷歌团队无法同时解决可能影响量子比特的两种类型的错误：比特翻转，即交换量子状态的0和1部分，以及相位翻转。在任何特定的程序中，研究人员只能抑制一种类型的错误。为了纠正这两种错误，他们将需要从字面上进入另一个维度，不是在物理量子比特链中编码单一的逻辑量子比特，而是在一个称为表面代码的更复杂的协议中编码一个方形网格。这才是量子计算机发展道路上的最后一关。