逻辑门中的错误检测为量子计算机的进一步改进开辟了道路。Robin Harper博士和Steven Flammia教授已将代码应用于IBM的量子计算机,以实现世界首创的结果。

悉尼大学的科学家首次通过使用旨在检测和丢弃此类机器逻辑门中的错误的代码,证明了量子计算机的改进。

“这实际上是第一次在实际的量子机器中实现了从理论上为量子逻辑门带来的预期收益,”本周在享有盛誉的《物理评论快报》上发表的一篇新论文的第一作者罗宾·哈珀博士说。

量子逻辑门由少量量子位或量子位的纠缠网络形成。它们是允许量子计算机运行算法或配方来处理信息并执行计算的开关。

哈珀博士和他的同事史蒂芬Flammia教授,从物理学院和悉尼纳米研究所大学,使用IBM的量子计算机测试检错码。他们证明了在减少量子逻辑门中的不保真度或错误率方面提高了一个数量级,这些门将构成功能齐全的量子计算机的基础。

IBM研究员兼IBM Q首席理论科学家Jay Gambetta博士说:“本文是一个很好的例子,说明了科学家如何使用我们的公共云系统来探测基本问题。在这里,Harper和Flammia表明可以在我们今天正在构建并已经部署的真实设备上探索容错的思想。”

量子技术仍处于起步阶段,但有望通过执行超出最大和最快的超级计算机能力范围的计算,在21世纪彻底改变计算技术。

他们将使用量子尺度上物质的异常特性来做到这一点,从而使他们能够使用量子位来处理信息。这些计算元件利用了量子对象可以不确定的状态(称为叠加)存在并且可以“纠缠”的事实,这种现象描述了常规计算机中未发现的行为。

但是,电子“噪声”很容易破坏这些状态,从而在量子计算中迅速产生错误,这使得开发有用的机器非常困难。

哈珀博士说:“当前的设备往往太小,量子位之间的互连性有限,并且太“嘈杂”,无法进行有意义的计算。”“但是,它们足以充当原理概念证明的测试平台,例如使用量子代码检测并可能纠正错误。”

笔记本电脑或手机中的传统开关可以运行很多年而不会出现错误,而在这一阶段,量子开关在不到一秒钟的时间内就开始失效。

Flammia教授说:“一种观察方法是通过熵的概念。”“所有系统都趋于混乱。在传统的计算机中,系统很容易刷新,并使用DRAM和其他方法重置,从而有效地将熵转出系统,从而实现有序计算。”

“在量子系统中,对抗熵的有效复位方法很难设计。我们使用的代码是从系统中转储这种熵的一种方式,”弗拉米亚教授说。他今天被澳大利亚科学院授予了著名的帕西奖章。

Harper博士和Flammia教授使用代码检测和丢弃IBM量子设备上的错误,显示错误率从5.8%下降到0.60%。因此,不是二十个量子门中的一个发生故障,而是200个量子门中的一个将发生故障,这是一个数量级的提高。

哈珀博士说:“这是发展量子系统容错能力的重要一步,以使它们能够扩展到有意义的设备。”

两位都是ARC工程量子系统卓越中心的研究人员的物理学家强调,这是对量子位对上的容错门的演示。

哈珀博士说:“量子社区要证明容错计算还有很长的路要走。”他说,其他小组在使用代码的量子器件的其他方面也显示出了改进。下一步是在几十个量子位的大型设备上综合并测试这些方法,从而可以重新使用和重新初始化量子位。

像IBM,Google,Rigetti和IonQ这样的公司已经开始或将要开始让量子研究人员在这些小型,嘈杂的机器上测试其理论方法。

哈珀博士说:“这些实验是对使用量子码检测逻辑门操作中的错误的理论能力在当今设备中具有优势的第一个确认,这是朝着建设大规模量子计算机的目标迈出的重要一步。”