“旁观者量子比特”最大限度减少计算错误

通过结合旁观者量子比特（黄色）和数据量子比特（蓝色），研究人员可持续监控并纠正量子计算机内的噪声和错误。图片来源：芝加哥大学伯尼恩实验室

科技日报记者 张梦然

量子计算机似乎“天生”易出错，周围环境微小的扰动，如温度、压力或磁场变化，都会破坏它们脆弱的计算基础——量子比特。美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院研究人员开发了一种新方法，可持续监测量子系统周围的噪声并实时调整，以最大限度地减少误差。

随着量子计算机的规模扩大，噪声和错误的挑战也越来越大。首先是量子比特很容易根据环境发生变化；其次，如果科学家想测量一个量子比特，其状态就会崩溃并丢失数据。因此纠正量子系统中的错误是一项非常艰巨的任务。

在最新一期《科学》杂志中描述的方法依赖于“旁观者量子比特”：一组嵌入计算机却不存储数据的量子比特，其唯一目的是测量并消除外部噪声。

研究人员将新系统比作降噪耳机，它会持续监测周围的噪声并发出相反的频率以将其消除，这种方法可有力提高数据量子比特的质量。

在中性原子量子处理器中，研究人员使用称为光镊的激光束将原子悬浮在适当位置。在这些悬浮原子的大型阵列中，每个原子充当一个量子比特，能在叠加状态下存储和处理信息。

团队使用铷原子充当数据量子比特，铯原子充当“旁观者”，他们连续读取铷原子的实时数据，再通过微波振荡调整铯原子。结果表明，铯原子可正确拾取噪声，而系统实时消除了铷原子中的噪声。

研究人员设想，未来一个由“旁观者量子比特”组成的系统，可在任何架构的量子计算机背景下持续运行，最大限度地减少数据存储和计算时的错误。