国外科研人员描绘了一种新容错量子比特的蓝图

技术研究 量科网 2021-06-13 00:17

由于量子比特(或称量子位)的脆弱性,构建通用量子计算机是一项具有挑战性的任务。为了解决这个问题,科学家已开发了各种类型的纠错,常规的方法是通过主动校正技术来做到这一点。

相比这种传统的纠错方法,由来自德国于利希研究中心、亚琛工业大学以及巴塞尔大学和代尔夫特QuTech的研究人员,他们合作组成的一个研究团队提出了一种具有被动纠错功能的电路设计。这样的电路本身就具有故障保护能力,并且可以显著加快构建具有大量量子比特的量子计算机。该研究成果的相关论文已发表在2月中旬的Physical Review X上。

为了以可靠的方式对量子信息进行编码,通常需要将几个不完美的量子比特组合起来,形成所谓的逻辑量子比特。量子纠错码(简称QEC码)因此可以检测错误并随后纠正它们,从而使量子信息能够在更长的时间内保存。

原则上,这些技术的工作方式与耳机中的主动降噪类似,首先检测任何可能的故障,然后执行纠正操纵以消除错误并将信息恢复到其初始状态。然而这种主动纠错在量子计算机中应用起来非常复杂,并且需要使用大量硬件资源。一般每个量子比特都需要复杂的纠错电子设备,因此很难像构建通用量子计算机那样构建具有许多量子比特的电路。

另一方面,该研究团队提出的超导电路设计有一种内置的误差校正。该电路的设计思路是,它对环境噪声具有固定的保护,但同时仍然是可控的。该概念以硬件效率高的方式绕过了对主动稳定的需要,因此将来有可能成为具有大规模量子比特的量子处理器的候选技术之一。

国外科研人员描绘了一种新容错量子比特的蓝图

亚琛工业大学量子信息研究所的David DiVincenzo教授领导着这个研究团队。他的博士生、论文的第一作者Martin Rymarz说:“通过在两个超导器件(所谓的约瑟夫森结)之间耦合一个回转器,该回转器是一种将一个端口上的电流耦合到另一个端口上的电压的双端口设备,我们可以不需要主动误差检测和稳定的需求环境,冷却后的量子比特本质上可以抵御常见类型的噪声。”

“我希望我们的工作能够激发实验室的科研创造力,我意识到该研究与我们许多的提案一样,可能有点超前”。David DiVincenzo说道:“尽管如此,鉴于现有的专业知识,我们认为在可预见的未来将有可能在实验室中检验我们的提议”。David DiVincenzo教授被认为是量子计算机发展的先驱。除此之外,他的名字与量子计算机必须满足的一个标准有关,即所谓的“DiVincenzo标准”。(编译:Qtech)