里程碑式进展 欧洲科学家首次实现离子阱量子计算机双码纠错功能

奥地利因斯布鲁克大学联合德国亚琛工业大学在量子计算容错技术领域取得重大突破

IT之家1月26日消息，量子计算领域传来喜讯，奥地利因斯布鲁克大学宣布与德国亚琛工业大学的研究团队合作，在量子计算的容错技术领域取得了突破性的进展。
他们共同研发出一种新的量子纠错方法，这一创新方法使得量子计算机能够在运行过程中动态切换纠错码，极大地提高了量子计算机的抗错能力。

量子计算机与传统计算机在处理信息的方式上存在本质的差异。
由于量子计算机的运算基于量子态，这使得其在运算过程中存在着极高的错误率。
而传统的纠错技术无法直接应用于量子计算机，因为量子态的不可复制性使得我们无法通过简单的样本比较来检测和纠正错误。
为了解决这一难题，研究人员借鉴了经典计算机科学的思想，并结合量子物理学的特性，开发出一种全新的纠错方式。

量子纠错码是这一领域的关键技术。
它将量子信息分散到多个纠缠的量子比特上，利用冗余的方式存储信息，以此增加量子态的稳定性并减少错误的发生。
但是，不同的量子纠错码存在不同的难点。
目前尚未有一种纠错码能够简单且受错误保护的方式实现所有逻辑量子比特门操作。
因此，研究人员一直在寻求一种能够在不同纠错码之间灵活切换的方法，以适应不同的计算需求并最大限度地减少错误。

因斯布鲁克大学和亚琛工业大学的研究团队成功实现了这一目标。
他们开发了一种新方法，使得量子计算机能够在两种或更多的纠错码之间以容错方式来回切换。
这个突破性的研究成果已在《自然・物理》杂志上发表（DOI:10.1038/s41567-024-02727-2）。
这意味着量子计算机在处理复杂运算时，可以根据实际情况选择最适合的纠错码，从而提高运算效率和准确性。

这个项目的成功离不开两个团队核心成员的贡献。
因斯布鲁克大学实验物理系的Thomas Monz和亚琛工业大学量子信息系以及于利希研究中心Peter Grünberg研究所的Markus Müller领导的团队是这一领域的领军人物。
他们在过去的几年中一直在研究如何在量子计算机上实现容错技术。
他们的目标是开发出一种能够在量子计算机上有效纠正错误的方法，以确保计算结果的准确性。

在最新研究中，他们的团队成功地实现了在离子阱量子计算机上使用两种不同的量子纠错码实现了一组通用量子门的操作。
这一成果证明了他们新方法的可行性。
当遇到一种纠错码难以实现特定逻辑门时，他们可以通过切换到另一种纠错码来完成任务。
这为量子计算机实现更高效的计算提供了可能。

研究团队的博士生Friederike Butt是该研究的重要贡献者之一。
她不仅解释了新方法的原理，还开发了实验所基于的量子电路。
她与Thomas Monz的研究小组密切合作，最终完成了这一具有里程碑意义的实验。

这一研究成果为量子计算领域的发展打开了新的可能。
随着量子计算机的应用越来越广泛，如何有效地纠正错误将成为该领域面临的重要挑战。
而这一新方法的出现，无疑为这一挑战提供了有力的工具。
未来，我们期待这一技术能在更多领域得到应用，推动量子计算的进一步发展。

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