離子阱量子計算實現雙碼糾錯

來自奧地利因斯布魯克大學和德國亞琛工業大學的研究團隊，首次在離子阱量子計算機上使用兩種不同的量子糾錯碼實現了一組通用量子門。也就是說，利用新方法，量子計算機將能有效抑制錯誤，從而更有效地進行無錯誤計算。研究成果1月24日發表于《自然·物理》雜志。

借助新方法，量子計算機采用在兩種不同的量子糾錯碼之間來回切換的算法進行計算，實現了糾錯計算操作。
圖片來源：奧地利因斯布魯克大學

計算機錯誤大多能借助技術措施進行預防，或在計算過程中被發現并嘗試糾正。在量子計算機中糾正錯誤的確不容易，因為無法復制未知的量子態。這意味著在計算過程中無法多次保存量子態，也無法通過比較副本來發現錯誤。

受經典計算機科學啟發，量子物理學開發了一種不同的方法，即將量子信息分布到多個糾纏的量子比特上，以此實現冗余存儲。這種方法的實現方式由“糾錯碼”定義。

2022年，該研究團隊在容錯量子比特上實現了一組通用操作，展示了如何在量子計算機上編程算法，以便有效地糾正錯誤。然而，不同的量子糾錯碼也帶來了不同的難題。依據相關定理，在量子計算領域，尚未發現一種糾錯碼能夠在不受到任何錯誤干擾的前提下，輕松實現邏輯量子比特所需的所有門操作，同時又能免受錯誤影響。

為了規避這一難題，團隊提出了一種方法，使量子計算機能夠在兩種糾錯碼之間以容錯的方式來回切換。這樣，當第一種糾錯碼中出現難以實現的邏輯門時，量子計算機就可以切換到第二種糾錯碼。這有助于實現計算所需的所有門。