开发“降噪”量子比特，以最大限度地降低量子计算机中的错误

发布时间：2023-06-02 10:36:42 所属栏目：外闻来源：

导读：在《科学》杂志的一篇新论文中，芝加哥大学普利兹克分子工程学院助理教授Hannes Bernien实验室的研究人员描述了一种持续监测量子系统周围噪声并实时调整量子比特以最小化误差的方法。学分：约翰·齐奇

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在《科学》杂志的一篇新论文中，芝加哥大学普利兹克分子工程学院助理教授Hannes Bernien实验室的研究人员描述了一种持续监测量子系统周围噪声并实时调整量子比特以最小化误差的方法。学分：约翰·齐奇

尽管人们对其解决问题的期望很高,但今天量子计算机由于其本质的恶化而极易产生故障。周围环境中的一个小扰动 - 例如温度，压力或磁场的变化 - 可以破坏他们脆弱的计算构建块，称为量子比特。

在《科学》杂志上描述的这种方法依赖于旁观者量子比特：嵌入计算机中的一组量子比特，其唯一目的是测量外部噪声而不是存储数据。然后，这些旁观者量子比特收集的信息可用于抵消重要数据处理量子比特中的噪声。

领导这项研究的助理教授Hannes Bernien将新系统比作降噪耳机，它可以持续完整无缺地监测周围的噪音并发出相反的频率以尽可能地消除它们。

随着现有量子计算机的规模扩大，噪声和误差的挑战也越来越大。问题是双重的：量子比特很容易响应环境而变化，这可能会改变存储在其中的信息并导致高错误率。此外，如果科学家测量一个量子比特，试图测量它所暴露的噪声，量子比特状态就会崩溃，丢失数据。

通过结合旁观者量子比特（黄色）和数据量子比特（蓝色），PME研究人员可以持续监控并纠正量子计算机中的噪声和错误。学校：伯尼恩实验室

理论物理学家此前曾提出一种使用旁观者量子比特的解决方案，旁观者量子比特是一组量子比特，不存储任何必要的数据，但可以嵌入量子计算机中。观众量子比特将跟踪环境的变化，就像降噪耳机中包含的麦克风一样。当然，麦克风只检测声波，而提议的这些旁观者提供的量子比特将不会响应任何类型的能够改变相对传统量子比特的环境扰动。

Bernien的小组着手证明，这一理论概念可以用来抵消中性原子量子阵列中的噪声 - 他们首选的量子计算机。

在中性原子量子处理器中，使用称为光镊的激光束将原子悬浮在原位，Bernien 帮助开发了这种激光束，为他赢得了突破奖基金会颁发的 2023 年物理学新视野奖等荣誉。在这些悬浮原子的大型阵列中，每个原子都充当量子比特，能够在叠加状态下存储和处理信息。

2022年，Bernien及其同事首次报告了制造包含铷和铯原子的混合原子量子处理器的能力。现在，他们已经调整了该处理器，使铷原子充当数据量子比特，而铯原子充当旁观量子比特。该团队设计了一个系统，可以连续读取铷原子的实时数据，并作为回应，用微波振荡调整铯原子。

“真正令人兴奋的是，它不仅最大限度地减少了数据量子比特的任何噪声，而且它是与量子系统实时交互的一个例子，”Bernien说。

为了测试他们的误差最小化方法，Bernien小组将量子阵列暴露在磁场噪声中。他们表明，铯原子正确地拾取了这种噪声，然后他们的系统实时抵消了铷原子的噪声。

然而，研究小组表示，最初的原型只是一个起点。他们应该想办法尝试增加噪声扰动的量，改变这些扰动的类型，并测试这种简单的方法是否百分之百成立。

最终，Bernien设想一个旁观量子比特系统可以在任何中性原子量子计算机以及其他架构的量子计算机的后台持续运行，从而最大限度地减少计算机存储数据和进行计算时的错误。

（编辑：汽车网）

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