近日，科学家演示了容错量子计算所需的基本构建模块，或使无错量子计算成为可能。
逻辑量子位上的门操作可以通过量子纠错来抑制错误，该图为艺术呈现图，图片来自JOHANNES KNÜNZ
相比现有的经典计算机，量子计算机本质上更容易受到干扰，因此量子计算离不开纠错。否则错误将会在系统中不受控制地传送，最终导致信息丢失。
1982年，W.K.Wootters和W.H.Zurek等科学家提出单量子不可克隆定理（no-cloning theorem），即量子力学中对任意一个未知的量子态进行完全相同复制的过程是不可实现的。因此，科学家将逻辑量子信息分配到多个物理系统（如多个单原子）的纠缠态中，以实现信息冗余。
此次，奥地利因斯布鲁克大学实验物理系Thomas Monz和德国于利希研究中心、亚琛工业大学Markus Müller领导的研究团队，首次成功地演示了离子阱量子计算机中两个逻辑量子位上的容错通用门集，相关成果发表在《自然》（Nature）。“对于现实世界的量子计算机，我们需要一套通用的量子门集，用其来编程所有的算法。”因斯布鲁克实验物理学家Lukas Postler说道。
图片来自《自然》（Nature）
前述团队在离子阱量子计算机上实现了通用量子门集，该计算机包括16个被囚禁的原子。量子信息被存储在两个逻辑量子位中，每个量子位分布在七个原子上。这是首次在容错量子位上潜在实现两个计算门，这对于通用门集是必要的。因为在容错量子位中，很难实现基于两个量子位（一个CNOT门，即量子受控非门）和一个逻辑T门的计算操作。
前述团队通过在逻辑量子位中准备一个特殊的状态，并通过纠缠门操作将其传送到另一个量子位来演示T门。在编码过的逻辑量子位中，存储的量子信息被保护，不会出错。但如果不进行计算操作，这样的量子位就是无用的，并且操作本身很容易出错。因此，研究人员在逻辑量子位上进行了操作，使基础物理操作引起的错误可以被检测和纠正，并在编码的逻辑量子位上实现了通用门集的第一个容错演示。
研究人员通过在经典计算机上的数值模拟验证了其实验结果，并致力于在更大规模、更实用的量子计算机上实现前述方法。团队表示，他们在离子阱量子计算机上演示的方法也可用于其他量子计算机架构。
责任编辑：刘德宾
