量子計算機（瞬時）扭曲

與其他種類的量子計算機不同，建立在拓撲錯誤校正之上的量子計算機將大量量子位網絡中的單個量子位信息抹平了。

不管由什麼構成量子計算機的內在特性，它的快速計算都可以歸結為簡單的指令序列，這些簡單的指令應用於量子位，即量子計算機內部信息的基本單位。

無論該計算機是由離子鏈，超導體的結還是矽晶片構成的，事實證明，少數一次僅影響一個或兩個量子位的簡單操作可以混合併匹配以創建任何量子電腦程式，使少數「通用性」的功能。科學家稱這些簡單的操作為量子門，他們花費了數年的時間優化門組裝在一起的方式。他們削減了給定計算所需的門（和量子位）數量，並發現了如何做到這一點，同時確保錯誤不會蔓延並引起故障。

現在，JQI的研究人員已經發現了僅使用恆定數量的簡單構造塊即可實現魯棒，抗錯誤的門的方法-實際上，在稱為「電路深度」的參數中實現了儘可能最佳的減小。他們的發現適用於基於拓撲量子糾錯碼的量子計算機，最近發表在《Physical Review Letters》和《Physical Review B》雜誌上的兩篇論文中對此進行了報導，並在先前發表於《Quantum》雜誌上的第三篇論文中進行了擴展。

電路深度計算影響每個量子位的門的數量，並且恆定的深度意味著給定操作所需的門的數量不會隨著計算機的增長而增加，這是避免錯誤的必要條件。馬裡蘭大學（UMD）的JQI研究員，物理學副教授Maissam Barkeshli說，這對於健壯和通用的量子計算機來說是一個很有前途的功能。

Uke濃縮物質理論中心的成員Barkeshli說：「我們發現，可以通過恆定深度的單一電路在物質的拓撲狀態和拓撲糾錯碼中實現大量的操作。」

與其他類型的量子計算機不同，迄今為止，僅在理論上進行過研究的，基於拓撲錯誤校正構建的量子計算機不會將信息存儲在單個物理量子位中。取而代之的是，它們在許多量子位的網絡中塗抹了單個量子位的信息價值，或者更奇特地跨特殊拓撲材料。

這種信息塗抹可抵禦雜散的光或微小的振動（可能引起誤差的量子幹擾），並且可以檢測出較小的誤差，然後在計算過程中進行主動校正。這是基於拓撲錯誤校正的量子計算機提供的主要優勢之一。但是，這樣做的好處是要付出代價的：如果噪聲不能輕易地傳播到信息中，您也不會。

直到現在，運行這樣的量子計算機似乎都需要對存儲信息的網絡進行細微的順序更改，通常將它們描述為二維的網格或格子。隨著時間的流逝，這些微小的變化累加起來並有效地使網格的一個區域繞著另一個區域循環移動，使網絡看起來與啟動時的樣子相同。

量子位的網絡（在右邊的圖像中用黑點表示）變形以使兩個區域（用紅色和藍色的點表示）彼此編織在一起。這些圖像顯示了該過程的兩個中間階段。

網絡的這些轉換稱為辮子，因為它們在空間和時間中描繪的模式看起來像辮子或編成條的麵包。如果您想像將網絡快照像煎餅一樣堆疊起來，它們將逐步形成抽象的辮子。根據網絡的基本物理原理（包括可以在其上跳躍的被稱為「任意子」的粒子的種類），這些辮子足以運行任何量子程序。

在這項新工作中，作者表明編織幾乎可以立即完成。打結圖已經消失，由網絡的原位重排代替。

「這只是教科書的教條，這些辮子只能絕熱或非常緩慢地完成，以避免在過程中產生錯誤，」前JQI博士後研究員關冠宇說，他目前是IBM Thomas的研究人員。沃森研究中心。「但是，在這項工作中，我們意識到，與其緩慢移動彼此相鄰的區域，不如以恆定的步長拉伸或擠壓它們之間的空間。」

新配方需要兩種成分。一種是進行本地修改的能力，以重新配置組成網絡的物理量子位之間的交互。這部分與普通編織所要求的並沒有太大不同，但是假定它在整個編織區域中並行發生。第二個要素是能夠在彼此不靠近的物理量子位上交換信息的能力，甚至可能在編織區域的相對角處也是如此。

第二個要求是對某些量子計算硬體的巨大要求，但是作者說，有些系統可以自然地支持它。

他說：「具有遠程連接性的各種實驗平臺可以支持我們的方案，包括離子阱，帶有長傳輸線諧振器的電路QED系統，具有超導腔的模塊化架構以及矽光子器件。」 「或者你可以想像使用帶有可移動量子位的平臺。人們可以想到這樣的平臺，例如流體量子計算機，在那裡量子位可以通過經典運動自由地流動。」

在《Physical Review Letters》中的論文中，作者提供了明確的指導，說明如何以特定類別的拓撲量子代碼實現其瞬時編織。在《Physical Review B》和《Quantum》論文中，他們將該結果擴展到了更一般的設置，甚至研究了它如何應用於雙曲空間中的拓撲代碼（此外，添加新的模糊化量子位只需要添加恆定數量的網絡的物理量子位）。

作者尚未弄清楚他們的新編織技術如何與檢測和糾正錯誤的其他目標相吻合。這仍然是未來研究的未解決問題。

Barkeshli說：「我們希望我們的結果最終對於建立具有恆定時空開銷的容錯量子計算的可能性有用。」