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新方法成功模擬特定容錯(cuò)量子計(jì)算
2025-07-04 17:30:55
來源:科技日?qǐng)?bào)  作者: 張佳欣

量子計(jì)算機(jī)通往實(shí)用之路的一大障礙是糾正計(jì)算中產(chǎn)生的錯(cuò)誤,人們需借助傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)對(duì)量子計(jì)算進(jìn)行模擬驗(yàn)證,但這一任務(wù)極其復(fù)雜。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、意大利米蘭大學(xué)、西班牙格拉納達(dá)大學(xué)和日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種新方法,能夠模擬特定類型的容錯(cuò)量子計(jì)算,攻克了該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的一項(xiàng)技術(shù)難題。這一突破為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的量子技術(shù)邁出了重要一步。相關(guān)論文2日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》雜志。

限制量子計(jì)算機(jī)糾錯(cuò)能力的根源,來自其最基本構(gòu)件量子比特。量子比特雖然擁有巨大計(jì)算潛力,但也異常脆弱。其計(jì)算能力依賴于量子疊加態(tài)的性質(zhì),量子比特可同時(shí)處于0和1的狀態(tài),以及它們之間的任意組合。這讓計(jì)算能力隨著量子比特?cái)?shù)的增加呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),但代價(jià)是系統(tǒng)對(duì)外界干擾極其敏感。

量子糾錯(cuò)代碼通過將信息分散到多個(gè)子系統(tǒng)中,能在不破壞量子信息的前提下發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。其中一種方法是將一個(gè)量子比特信息編碼在一個(gè)振動(dòng)的量子系統(tǒng)中多個(gè)甚至無限個(gè)能級(jí)上,這種方式被稱為玻色編碼。但由于涉及多重能級(jí),這種編碼方式的模擬極其復(fù)雜。

此次的方法是一種能夠模擬使用玻色編碼中GKP(戈特斯曼—基塔耶夫—普雷斯基爾)編碼的量子算法。這種編碼方式被廣泛應(yīng)用于主流量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案中。

GKP編碼通過特殊方式存儲(chǔ)量子信息,使得量子計(jì)算機(jī)更容易糾錯(cuò),也因此對(duì)外界噪聲不那么敏感。由于其深度量子力學(xué)的特性,GKP編碼一直極難用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。而現(xiàn)在,研究團(tuán)隊(duì)終于找到了一種獨(dú)特方法,能比以前更有效地完成這項(xiàng)任務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)這一突破,研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種新的數(shù)學(xué)工具,可在算法中有效引入GKP編碼。借助新方法,團(tuán)隊(duì)能更可靠地測(cè)試和驗(yàn)證量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果。

這項(xiàng)研究開啟了全新的量子計(jì)算模擬路徑。這意味著科學(xué)家可用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬具備容錯(cuò)能力的量子糾錯(cuò)代碼,這是構(gòu)建更可靠、更穩(wěn)健量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步。

編輯:韓夢(mèng)晨
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