新算法為無差錯量子計算鋪平了道路

在解決難題時，沒有人喜歡噪音。量子計算機也不例外，現在研究人員已經設計出一種新的方法來估計噪音是如何影響他們的計算的，這是這項技術實現的一大步。

當今量子計算機核心的量子態是很脆弱的東西。它們非常容易受到各種幹擾，從雜散磁場到控制電子設備或製造設備所用材料的微小缺陷。

這些噪聲源很容易導致計算錯誤，因此找到適當的方法來描述和減輕這些錯誤，對建造能夠解決現實問題的量子計算機至關重要。

雖然在未來，我們可能能夠製造出不太容易受到幹擾的量子計算機，但與此同時，我們需要找到減輕它們造成的誤差的方法。建造更大的量子計算機的一個主要障礙是，它可能需要多個量子位，用於對計算中使用的每個量子位進行糾錯。

但做這種糾錯首先需要你理解它所造成的噪音，這是一個非同小可的問題。目前描述這種噪聲的方法要麼提供一個單一的數字，過於簡單，無法指導複雜的誤差修正，要麼只能用於比當今最先進的量子計算機中看到的幾十個量子位元更小的設備。

不過現在，雪梨大學的研究人員展示了一項新技術，該技術可以通過量子位網絡提供詳細而準確的噪聲圖像，並且在理論上能夠達到所需的量子位。他們在《自然物理》的一篇論文中描述了他們的算法。

作者寫道:「我們的實驗首次證明了一種協議是實用的，相關的，並且可以立即適用於描述當前具有大量量子位元的設備中的錯誤率和相關錯誤。」「這項協議為新的診斷工具和實際應用打開了無數的機會。」

當處理系統時，系統的各個組成部分都可以相互作用——就像量子計算機中的量子位一樣——可能的相互作用的數量會隨著組成部分的數量呈指數級增長。

為了避免這個問題，研究人員提出了幾個捷徑和簡化方法，幫助關注最重要的相互作用，使計算易於處理，同時仍然提供了足夠精確的結果，使其具有實際用途。

為了測試他們的方法，他們把它放在一臺14量子位的IBM量子計算機上，這臺計算機可以通過IBM的IBM量子體驗服務訪問。他們能夠可視化所有對量子位之間的相互關係，甚至還發現了量子位之間的遠距離相互作用，而這種作用以前從未被發現過，這對製造糾錯設備至關重要。

他們還通過模擬表明，他們可以將該算法應用到100個量子位的量子計算機上，而不會使計算變得棘手。研究人員說，他們的方法不僅可以幫助設計出消除噪音影響的錯誤校正方案，還可以作為一種診斷工具來發現噪音的微觀來源。

在量子計算機變得足夠大，能夠解決實際有用的問題之前，還有很長的路要走。但至少現在我們知道，當它們到達地球時，我們將能夠保護它們脆弱的量子位不受周圍發生的量子騷亂的影響。