【資料圖】

通過結(jié)合旁觀者量子比特(黃色)和數(shù)據(jù)量子比特(藍(lán)色)，研究人員可持續(xù)監(jiān)控并糾正量子計(jì)算機(jī)內(nèi)的噪聲和錯(cuò)誤。圖片來源：芝加哥大學(xué)伯尼恩實(shí)驗(yàn)室

量子計(jì)算機(jī)似乎“天生”易出錯(cuò)，周圍環(huán)境微小的擾動(dòng)，如溫度、壓力或磁場(chǎng)變化，都會(huì)破壞它們脆弱的計(jì)算基礎(chǔ)——量子比特。美國(guó)芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院研究人員開發(fā)了一種新方法，可持續(xù)監(jiān)測(cè)量子系統(tǒng)周圍的噪聲并實(shí)時(shí)調(diào)整，以最大限度地減少誤差。

隨著量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模擴(kuò)大，噪聲和錯(cuò)誤的挑戰(zhàn)也越來越大。首先是量子比特很容易根據(jù)環(huán)境發(fā)生變化;其次，如果科學(xué)家想測(cè)量一個(gè)量子比特，其狀態(tài)就會(huì)崩潰并丟失數(shù)據(jù)。因此糾正量子系統(tǒng)中的錯(cuò)誤是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。

在最新一期《科學(xué)》雜志中描述的方法依賴于“旁觀者量子比特”：一組嵌入計(jì)算機(jī)卻不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的量子比特，其唯一目的是測(cè)量并消除外部噪聲。

研究人員將新系統(tǒng)比作降噪耳機(jī)，它會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)周圍的噪聲并發(fā)出相反的頻率以將其消除，這種方法可有力提高數(shù)據(jù)量子比特的質(zhì)量。

在中性原子量子處理器中，研究人員使用稱為光鑷的激光束將原子懸浮在適當(dāng)位置。在這些懸浮原子的大型陣列中，每個(gè)原子充當(dāng)一個(gè)量子比特，能在疊加狀態(tài)下存儲(chǔ)和處理信息。

團(tuán)隊(duì)使用銣原子充當(dāng)數(shù)據(jù)量子比特，銫原子充當(dāng)“旁觀者”，他們連續(xù)讀取銣原子的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再通過微波振蕩調(diào)整銫原子。結(jié)果表明，銫原子可正確拾取噪聲，而系統(tǒng)實(shí)時(shí)消除了銣原子中的噪聲。

研究人員設(shè)想，未來一個(gè)由“旁觀者量子比特”組成的系統(tǒng)，可在任何架構(gòu)的量子計(jì)算機(jī)背景下持續(xù)運(yùn)行，最大限度地減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算時(shí)的錯(cuò)誤。

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