量子纠错证明可行?谷歌又向量子计算机迈进一大步
近日,据外媒报道,谷歌已经证明其 Sycamore 量子计算机可以检测并修复计算错误 ,这是大规模量子计算的关键一步。
量子计算机和普通计算机的计算速度差距非常大。比如一个异常复杂的运算,传统计算机需要运算 1 万年才得出结果,而 Sycamore 量子计算机只需要 200 秒就能完成。
该研究论文题目为《通过循环纠错对位或相位错误进行指数抑制 (Exponential suppression of bit or phase errors with cyclic error correction)》,该研究成果已于 2021 年 7 月 14 日在 Nature 杂志上发表。
论文链接:
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03588-y
一、量子计算机纠错困难
量子计算机和普通计算机一样,很容易出现由底层物理系统"噪声"引起的错误。普通计算机能够通过加入具有纠错能力的校验码来进行检测。在量子计算机中,问题要复杂得多,因为每个量子比特都处于 0 和 1 的混合状态,任何检测它们的方式都会直接破坏数据 。
理论上有一种检测量子计算机错误的方法,就是通过将多个量子比特当做一个逻辑量子比特 (logical qubit),从而能够在不破坏逻辑量子比特中的储存信息的情况下,发现并纠正错误。尽管这样的逻辑量子比特以前就已经被创造出来了,但直到现在它们还没有被用于纠错。
谷歌 AI Quantum 的 Juian Kelly 和他的同事们在谷歌的 Sycamore 量子计算机上演示了这个概念。他们实现了嵌入在超导量子位二维网格(two-dimensional grid of superconducting qubits)中的一维链重复码(one-dimensional repetition codes)。重复码基于的量子比特数量从 5 个提高到 21 个时,对逻辑错误的抑制实现了最多 100 倍的指数增长。这种错误抑制能力在 50 次纠错实验中均表现稳定 。
他们发现每增加一个物理量子比特,逻辑量子比特的错误率就会呈指数下降。研究小组虽然不能检测每一个额外的量子比特,但是当集体(collectively)测量时,仍然有足够的信息来推断量子计算是否发生了错误。二、成熟的量子计算机可能需要 1000 个量子比特
Kelly 表示,能够解决量子计算纠错问题,意味着未来有可能制造出更实用、更可靠、更成熟的量子计算机(大规模的量子计算机)。团队已经成功地从概念上演示了解决量子计算机纠错的方案,但仍然存在巨大的挑战。给每个逻辑量子比特添加更多的量子比特也会带来问题,因为每个物理量子比特本身都容易出错。一个逻辑量子比特遇到错误的几率随着其内部量子比特数量的增加而增加 。
在这个过程中有一个盈亏平衡点,称为阈值 (threshold),在这个临界点上,纠错功能捕捉到的问题比量子比特增加带来的问题更多。该团队认为,成熟的量子计算机将需要 1000 个量子比特 来制造每个逻辑量子比特,但 Sycamore 目前只有 54 个物理量子比特。
伦敦帝国理工学院的 Peter Knight 表示,谷歌的研究正在朝着未来量子计算机所必需面对的困难迈进。他说:"如果我们不能做到这一点(量子计算纠错),我们就不会有一个大规模的量子计算机"。他对谷歌的突破表示称赞,认为谷歌团队找到了正确的量子计算机发展的路线图。结语:成熟的量子计算机还要等多久?
谷歌团队发现的量子计算纠错方法,并且错误抑制能力在 50 轮纠错计算中保持稳定。这意味着量子纠错可以将错误率控制在一定范围 ,为将来的大规模量子计算机研究提供了参考。
量子计算机拥有普通计算机不可比拟的速度优势,这在大数据时代显得尤其重要,不论是解决数学难题还是数据预测都将占据主动优势。成熟的量子计算机技术出现,很有可能会改变互联网产业生态。
新型电脑程序可读取任何基因组序列并破译其遗传密码舒尔金娜与哈佛大学生物学家SeanEddy在eLife杂志的一篇新论文中描述了一种全新电脑程序,可以读取任何基因组序列并破译其遗传密码。这个名为Codetta的程序有可能帮助科学家
视频发布看探测器如何在金星降落金星是所有的风向标。随着三个主要金星任务的发展,这颗地狱般的星球将受到前所未有的审视和研究。本周,NASA公布了其Davinci任务的视频预览,其中包括一个探测器,它将以戏剧性的方
科学家们认为一颗近地小行星可能是月球的遗失碎片据CNET报道,每年四月,科学家都能通过望远镜观测到一颗近地小行星的微弱光芒。一组天文学家一直在捕捉着这一年一度的事件,他们拼凑出一个关于这个小碎片的令人惊讶的启示它似乎不是任何旧
SpaceXCrew3任务将开始执行NASA直播就在Crew2着陆后的一天,SpaceXCrew3预计将在今天发射。这一事件将在美东部时间11月10日晚903(北京时间11月11日1003)发生。这次发射将通过VIAYouTub
SpaceX国际空间站载人任务送4名宇航员上太空根据相关媒体报道,美东时间11月10日21时03分(北京时间11月11日10时03分),SpaceX计划进行新任务ldquoCrew3rdquo的发射。4名宇航员将搭载龙飞船ldq
SpaceX将于当地时间周三晚上执行Crew3任务11月11日,据国外媒体报道,经过四次推迟后,SpaceX将于美国东部时间11月10日(当地时间周三)晚上9点零3分执行Crew3任务。在Crew3任务中,SpaceX的载人龙飞船
气候危机新研究显示人类应该为湖泊变暖负责根据发表在自然地球科学上的一篇论文,人类活动引起的气候变化的影响在湖水温度上升以及湖泊冰面形成较晚和融化较快的事实中显而易见。本周发表的这项新研究利用模型预测和欧空局气候变化倡议的
研究发现2。14亿年前生活在格陵兰岛的新恐龙物种根据一项新研究,双足恐龙Issisaaneq生活在大约2。14亿年前,生活在现在的格陵兰岛。它是一种中等体型的长颈食草动物,是有史以来最大的陆地动物蜥脚类恐龙的祖先。它是由来自葡萄
微型电子植入物如何被用于治疗类风湿性关节炎据NewAtlas报道,未来能否利用一种小型植入物治疗类风湿性关节炎,旨在向可以调节身体炎症反射的关键神经提供电刺激爆发?世界各地的一系列研究正在研究这个引人注目的想法,正在进行大
卫星图像揭示格陵兰岛Kjer冰川过去几十年的巨大变化像格陵兰岛的许多冰川一样,Kjer冰川在最近几十年里已经显著消退。地球上不同地质时期的变化是持续和普遍的。但在冰冷的极地地区,过去几十年发生了戏剧性而迅速的变化。一个例子是格陵兰西
MIT科学家利用专门的纳米粒子创造发光植物据BGR报道,麻省理工学院的科学家们利用专门的纳米粒子创造了发光植物。然后,工程师们用一个LED给嵌入植物叶子的颗粒充电。TheBrighterSide报道称,一个LED灯给颗粒充