点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:如何合理纠错?量子计算迈出重要一步
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

如何合理纠错?量子计算迈出重要一步

来源:《中国科学报》2021-07-16 09:27

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  科学家研究了“悬铃木”的量子纠错能力。图片来源:谷歌

  美国谷歌公司的物理学家们在保护量子计算机中微妙信息不被错误抹杀方面迈出了重要一步。虽然研究人员还不能弥补所有类型的错误——这是建造一个成熟量子计算机的必要步骤,但该实验演示有望为可扩展容错量子计算机的开发铺平道路。7月14日,相关论文刊登于《自然》。

  20多年来,物理学家和工程师们一直在致力于开发量子计算机,期望有朝一日能够超越传统计算机,解决后者无法破解的一些问题,如怎样建立更好的加密机制以保护网络信息等。

  从智能手机到超级计算机,传统计算机在0和1的二进制系统上运行,称为比特。相比之下,量子计算机在量子比特上运算,量子比特可以被设置为0、1,或者同时设置为0和1的任意混合,比如30%为0,70%为1。

  然而,量子计算机和经典计算机一样,很容易出现由底层物理系统“噪声”引起的错误。如何处理这些错误是一项艰巨的挑战。普通计算机可以通过简单地复制比特,并使用这些副本来验证正确状态进而防止错误。但量子计算机无法做到这一点,因为量子力学禁止将一个量子比特的未知状态复制给其他量子比特。

  目前,一种解决办法是在计算机操作中加入一种能在错误出现时发现并纠正这些错误的方法。另一种量子纠错方法使用量子纠错码,通过将多个量子比特当作一个逻辑量子比特,从而在不破坏逻辑量子比特中存储信息的情况下,发现并纠正错误。为了实现量子计算的潜力,逻辑错误率必须保持在很低的水平。

  于是,研究人员将数据量子比特与所谓的辅助量子比特交错,并在每个辅助者及其邻居间建立了一种称为“纠缠”的量子链路。通过反复测量辅助量子比特,研究人员可以判断相邻的数据量子比特是否相互翻转——而无需直接测量数据量子比特。

  谷歌物理学家、该论文通讯作者Julian Kelly和同事,研究了量子处理器“悬铃木”的量子纠错能力。“悬铃木”包含一个54超导量子比特的二维阵列。研究人员运行了两种量子纠错码,一种是最多由21个量子比特组成的一维链重复码,用来测试错误抑制能力;另一种是由7个量子比特组成的二维表面码,作为与更大码的设置相容性的原理验证实验。

  研究表明,将重复码基于的量子比特数量从5个提高到21个,对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数级增长。这种错误抑制能力在50次纠错实验中均表现稳定。

  但Kelly表示,尽管如此,该团队只是在完全纠正错误的途中。他们未能同时解决两种影响量子比特的错误:比特翻转和相位翻转。

  英国伦敦帝国理工学院的Peter Knight表示,要真正建立有效的纠错机制将是一个巨大的挑战,这意味着要构建一个拥有更多量子比特的处理器。(唐一尘)

[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多