最新量子纠错技术:耶鲁大学物理学家开发一种纠错猫

最新量子纠错技术:耶鲁大学物理学家开发一种纠错猫

耶鲁大学的物理学家开发了一种纠错猫-一种新设备,它结合了薛定谔猫的叠加概念(一次处于两种状态的物理系统),并具有解决量子计算中最棘手量子纠错能力。

这是耶鲁大学在掌握和操纵有用的量子计算机所必需的物理学工作方面的最新突破:纠正执行任务时量子比特中产生的错误流。

一项报道这一发现的新研究发表在《自然》杂志上。资深作者是 耶鲁大学应用物理与物理学系贝纳克大学前教授Michel Devoret。现在是瑞士Paul Scherrer研究所的终身职位科学家。

量子计算机有可能改变从制药到金融服务等一系列行业,因为它可以实现比当今超级计算机快几个数量级的计算。

在Devoret、Robert SchoelkopfSteven Girvin的领导下耶鲁大学继续以开创性的量子研究为基础。耶鲁大学构建量子计算机的方法被称为 “电路QED”,采用超导微波谐振器中的微波(光子)粒子。

在传统计算机中,信息被编码为0或1。在计算过程中,唯一出现的错误是 “位翻转”,即某一比特信息不小心从0转到1,反之亦然。纠正错误的方法是建立冗余:使用三个 “物理 “信息位来确保一个 “有效”–或准确位。

相比之下,量子位(qubits)同时受到比特翻转和 “相位翻转 “的影响,在这种情况下,量子位会在量子叠加(当两个相反的状态同时存在时)之间随机翻转。

到目前为止,量子研究人员一直试图通过增加更大的冗余度修复错误,需要为每个有效量子位提供大量的物理量子位。

目前,有一些研究人员认为,纠错的问题将会变得很棘手,并使量子计算机无法成为现实。换句话说,如果没有解决纠错问题,量子计算就不可能会比传统计算做的更好。

耶鲁大学科学家提出猫量子位概念–起源以薛定谔的猫命名。

“我们的工作源于一个新的想法。为什么不使用一种巧妙的方式在单一物理系统中对信息进行编码,从而直接抑制一种类型的错误?” 德沃雷特问道。

与维持一个有效量子位所需的多个物理量子位不同,单个猫量子位可以单独防止相位翻转。猫量子位将有效量子位编码为单个电子电路中两个状态的叠加,在这种情况下,超导微波谐振器的振荡对应于猫量子位的两个状态。研究人员说,通过将微波频率信号应用于比传统超导量子比特复杂得多的设备来实现所有这些目标。

研究人员表示,他们能够根据命令,将其cat qubit从任何一种叠加状态改变为任何其他叠加状态。此外,研究人员还开发了一种新的方式读取或识别编码到qubit中的信息。

这有望使新系统成为一种通用新元件,有望在超导电路的量子计算的许多方面找到用武之地。

这项研究的共同作者是耶鲁大学的Girvin,Shruti Puri, Shantanu Mundhada和 Steven Touzard。巴黎Inria的Mazyar Mirrahimi;和得克萨斯大学奥斯汀分校的Shyam Shankar。

美国国防部,美国陆军研究办公室和国家科学基金会资助了这项研究。

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