悉尼大學(xué)的一位科學(xué)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一位量子產(chǎn)業(yè)內(nèi)部人士所說(shuō)的“許多研究人員認(rèn)為不可能的事情”。

物理學(xué)院的本杰明·布朗博士開(kāi)發(fā)了一種用于量子計(jì)算機(jī)的糾錯(cuò)代碼，它將釋放更多的硬件來(lái)進(jìn)行有用的計(jì)算。它還提供了一種方法，使Google和IBM等公司可以設(shè)計(jì)更好的量子微芯片。

他通過(guò)將在三維中運(yùn)行的已知代碼應(yīng)用于二維框架來(lái)做到這一點(diǎn)。

布朗博士說(shuō)：“訣竅是將時(shí)間用作第三維。我使用了兩個(gè)物理維度，并增加了時(shí)間作為第三維。”“這為我們提供了前所未有的可能性。”

他的研究今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

他說(shuō)：“這有點(diǎn)像編織。”“每一行就像一維線。您將一排排的羊毛編織在一起，隨著時(shí)間的流逝，這將產(chǎn)生一個(gè)二維的材料面板。”

容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)

在制造足以解決有用問(wèn)題的機(jī)器之前，減少量子計(jì)算中的錯(cuò)誤是科學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

悉尼大學(xué)納米研究所的研究員布朗博士說(shuō)：“由于量子信息是如此脆弱，因此會(huì)產(chǎn)生很多錯(cuò)誤。”

完全消除這些錯(cuò)誤是不可能的，因此目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種“容錯(cuò)”架構(gòu)，其中有用的處理操作遠(yuǎn)勝于糾錯(cuò)操作。

“在單個(gè)錯(cuò)誤觸發(fā)黑屏或其他一些故障之前，您的移動(dòng)電話(huà)或筆記本電腦將在數(shù)十年內(nèi)執(zhí)行數(shù)十億次操作。當(dāng)前的量子操作很幸運(yùn)，每20次操作中發(fā)生的錯(cuò)誤少于一個(gè)，這意味著數(shù)百萬(wàn)個(gè)錯(cuò)誤小時(shí)，”布朗博士說(shuō)，他還曾在ARC工程量子系統(tǒng)卓越中心工作。

“那是很多掉線的東西。”

如今，實(shí)驗(yàn)性量子計(jì)算機(jī)中的大多數(shù)構(gòu)造塊(量子位或量子位)都由糾錯(cuò)的“開(kāi)銷(xiāo)”承擔(dān)。

“我抑制錯(cuò)誤的方法是使用在整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的二維表面上運(yùn)行的代碼。這樣做的效果是使許多硬件免于糾錯(cuò)，并使其繼續(xù)使用有用的東西，布朗博士說(shuō)。

Naomi Nickerson博士是位于加利福尼亞帕洛阿爾托的PsiQuantum的量子架構(gòu)主管，與這項(xiàng)研究無(wú)關(guān)。她說(shuō)：“這一結(jié)果為執(zhí)行容錯(cuò)門(mén)建立了新的選擇，它有可能極大地減少開(kāi)銷(xiāo)，并使實(shí)用的量子計(jì)算更加接近。”

通用計(jì)算之路

諸如PsiQuantum之類(lèi)的初創(chuàng)公司以及Google，IBM和Microsoft等大型技術(shù)公司正在牽頭開(kāi)發(fā)大型量子技術(shù)。迫切需要找到允許其機(jī)器擴(kuò)展的糾錯(cuò)碼。

微軟量子公司的高級(jí)研究員邁克爾·貝弗蘭德博士(Michael Beverland博士)也沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。他說(shuō)：“本文探討了一種令人興奮的，奇異的方法來(lái)執(zhí)行容錯(cuò)量子計(jì)算，指出了可能在兩個(gè)空間維度上實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算的方法無(wú)需蒸餾，許多研究人員認(rèn)為這是不可能的。”

當(dāng)前存在的二維代碼需要Beverland博士所稱(chēng)的蒸餾，更準(zhǔn)確地稱(chēng)為“魔術(shù)蒸餾”。量子處理器在此處對(duì)多個(gè)計(jì)算進(jìn)行排序，并提取出有用的計(jì)算。

只是抑制了錯(cuò)誤，這消耗了很多計(jì)算硬件。

布朗博士說(shuō)：“我已經(jīng)運(yùn)用了三維代碼的力量，并將其適應(yīng)了二維框架。”

布朗博士今年很忙。3月，他與EQUS和悉尼大學(xué)的同事在頂級(jí)物理學(xué)雜志《Physical Review Letters》上發(fā)表了一篇論文。在他的研究中，他和同事們開(kāi)發(fā)了一種解碼器，該解碼器比以往任何時(shí)候都可以識(shí)別和糾正更多的錯(cuò)誤，從而在錯(cuò)誤糾正方面創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。

布朗博士說(shuō)：“識(shí)別出更常見(jiàn)的錯(cuò)誤是我們可以釋放更多處理能力用于有用計(jì)算的另一種方式。”

Stephen Bartlett教授是該論文的合著者，并領(lǐng)導(dǎo)了悉尼大學(xué)的量子信息理論研究小組。

“我們?cè)谙つ岬男〗M非常專(zhuān)注于發(fā)現(xiàn)如何擴(kuò)大量子效應(yīng)，以便它們可以為大型設(shè)備提供動(dòng)力，”兼科學(xué)系研究副院長(zhǎng)的巴特利特教授說(shuō)。

“布朗博士的工作展示了如何為量子芯片做到這一點(diǎn)。這種進(jìn)展將使我們能夠從少量的量子位發(fā)展到非常大的數(shù)量，并建造超強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，以解決明天的重大問(wèn)題。 ”