减少双量子比特门误差新方法，提高鲁棒性迈向纠错量子计算机

　　当地时间6月16日，麻省理工学院 (MIT) 的研究人员在全面实现量子计算的道路上取得了重大进展，研究人员展示了一项技术，这项技术可以消除量子算法中最基本的操作 (双量子比特门操作) 的常见错误。
　　相关研究成果以＂Realization of High-Fidelity CZ and ZZ-Free iSWAP Gates with a Tunable Coupler＂为题，发表在美国物理学会出版的《物理评论X》(Physical Review X) 上。
　　MIT电气工程与计算机科学系的研究生Youngkyu Sung，同时也是论文的第一作者，他表示，尽管使用 超导量子比特 进行低误差计算方面取得了巨大进展，但双量子比特门 作为量子计算的基石，仍然存在错误。团队已经展示了一种大幅减少这些错误的方法。
　　MIT研究团队 (来源：MIT)
　　在量子计算机中，由脆弱的量子比特执行的信息处理是一个极其微妙的过程，量子比特极易受到 退相干 的影响，失去其量子特性。
　　Youngkyu Sung和其团队在先前的研究中，就提出了 可调耦合器 ，该器件能让研究人员打开/关闭两个量子比特的相互作用，以控制其操作，同时保护脆弱的量子比特。
　　可调耦合器的出现代表着一个重大的进步，也是谷歌演示 ＂量子霸权＂ 的关键。
　　尽管如此，应对错误机制就像剥洋葱一样，剥下一层就会发现还有一层。在这种情况下，即使使用可调耦合器，双量子比特门仍然容易出现错误，这些错误是由 两个量子比特之间 以及量子比特和耦合器之间 的相互作用造成的。
　　在可调耦合器出现之前，这类相互作用通常被忽略，因为之前它们并不突出。 但这类误差会随着量子比特和门的数量增加而增加，它们的出现使研究人员无法建立更大规模的量子处理器。MIT研究团队的论文，提供了一种新的方法来减少这种误差。
　　MIT电气工程与计算机科学系副教授、MIT林肯实验室研究员、MIT量子工程中心主任William D. Oliver表示，团队进一步发展了可调耦合器的概念，并 成功展示了接近99.9%保真度的两种主要类型的双量子门 (CZ门和iSWAP门) 。
　　CZ门和iSWAP门的可调耦合器 (来源：MIT)
　　高保真度的门增加了可执行操作的数量，更多的操作代表可以在更大规模的处理器上实施更复杂的算法。
　　为了消除引起错误的量子比特之间的相互作用，研究人员利用耦合器的更高能级，来抵消这类相互作用。在此之前，耦合器的这种能级被忽略了。
　　Youngkyu Sung表示，更好地控制和设计耦合器，是控制量子比特之间相互作用的关键。通过对多级动力学进行工程设计，可以完成这一想法。
　　下一代纠错量子计算机，意味着需要增加额外的量子比特，以提高量子计算的鲁棒性。
　　研究使用的设备出自MIT林肯实验室，对于在双量子比特操作中实现高保真度极为重要。毕竟，制造高相干性设备是实现高保真控制的第一步。
　　优化耦合器 (来源：MIT)
　　以往，双量子比特门的高错误率，极大地限制了量子硬件运行量子应用程序的能力，而这些应用程序通常很难用经典计算机解决，例如量子化学模拟和优化问题 。
　　截至目前，只在量子计算机上进行了小分子的模拟，而这些模拟是可以在经典计算机上进行的。
　　就这点来看，MIT研究人员减少双量子比特门误差的新方法出现得十分及时，有助于解决当今最关键的量子硬件问题之一。
　　——量子客