在今天的《自然》杂志上，刊登了一篇重要论文，题为：“量子位丢失的实验确定校正”。一个国际科学家研究团队开发出了一种可以防止量子计算机出错的新技术，并实施了一种新协议，该协议允许在由于量子比特丢失而产生错误的情况下保护和纠正易碎的量子信息。
量子计算机将具有远远超过了传统计算机的非常出色的计算能力，这是因为量子计算机中的电路基于量子位，这些量子位不仅可以表示0或1，而且可以利用量子力学原理表示两种状态的叠加。尽管具有很大的潜力，但由于与外部环境的相互作用，量子位仍然非常脆弱并且容易出错量子计算机的成功运行取决于保护量子位免受退相干和噪声的影响，如果不进行校正，将导致错误的结果。由于这些错误会在算法期间累积，因此纠正这些错误是大规模且容错的量子信息处理器的关键要求。除了可以通过量子误差校正解决的计算错误外，信息的载体也可能完全丢失或信息可能泄漏出计算空间。可以预料，这种损失误差将以与计算误差相当快速的速率发生。
研究人员表示：“开发功能齐全的量子处理器仍然是全世界科学家面临的巨大挑战。” “这项研究使我们首次实现了一种协议，该协议可以检测并同时纠正由于量子位丢失引起的错误。这种能力可能被证明对于大规模量子计算机的未来发展至关重要。 ”
我们知道量子处理器对计算误差表现出一定的容忍度。但是对如何防止和纠正由于完全或部分丢失量子比特而导致的错误知之甚少。当量子计算机详细说明数据时，某些量子位可能会从量子寄存器中完全丢失，或者会转变为不需要的电子状态。这两个过程的结果都是一种信息缺失，可能会使量子处理器失去作用。因此，设计能够分析和减轻这些错误后果的基于理论和实验的技术非常重要。
研究人员说：“为了解决这个问题，我们研究小组所做的第一件事就是为该问题开发一种有效的理论方法。” “我们设法证明，存储在带有某些量子位的寄存器中的信息可以受到保护，并在这些量子位之一丢失的情况下可以完全检索。然后，研究小组在现实生活中的量子处理器中实现了该协议。但是这并不容易。实际上，为了评估量子位是否丢失，直接测量将破坏量子寄存器中包含的所有信息。
为此，该研究小组提出了一个解决方案，即使用一个额外的量子位作为探针，可以在不改变计算过程的情况下评估其它量子位的存在与否。研究表明这个想法行之有效，使研究人员能够实时成功地测试其协议。
在该论文中，研究人员在捕获离子量子处理器中实验性地对拓扑表面代码的最小实例实现了量子位丢失检测和校正的完整周期。用于此校正的关键技术是通过辅助量子位执行的量子非拆卸测量，该功能用作微创探针，可检测缺失的量子位，同时对其余量子位赋予最小的量子机械上可能的干扰。
在检测到量子位丢失后，将实时触发恢复过程，该过程将逻辑信息映射到剩余量子位上的新编码上。尽管当前的演示是在捕获离子量子处理器中执行的，但该协议适用于其他量子计算体系结构和纠错码，包括领先的二维和三维拓扑代码。这些确定性方法为校正量子比特损失提供了一个完整的工具箱，与减轻计算误差的技术一起构成了完整且可扩展的量子误差校正的基础。
研究人员表示：“我们对其它研究机构的俘获离子量子处理器的测试结果感到满意，” “相同的协议可以在目前其它研究中心或机构正在开发的不同量子计算机体系结构中实现。”
来源：量子认知
