2026年6月3日——新南威尔士大学悉尼分校的工程师们借鉴了著名的“薛定谔的猫”类比，提出了一种更高效的方法，用于消除量子计算中的错误。

“想象一下，在黑暗嘈杂的房间里，你的猫藏在八个一模一样的纸箱中的一个里，” 新南威尔士大学Scientia教授Andrea Morello说，“你不允许进入房间——打开门可能会害死猫。那么，找到它藏在哪里的最佳策略是什么？我们的量子研究团队找到了这个问题的答案，这可能是构建量子计算机道路上的一个重要里程碑。”

几十年来，这个猫的比喻一直被用来阐释将量子力学应用于宏观系统时出现的奇异现象。

在这项由新南威尔士大学主导的研究中，“猫”是植入硅量子芯片的一个锑原子核。尽管原子尺度很小，但这个锑核拥有八个量子态，可用于编码量子信息。

拥有八个不同的状态为检测和纠正计算过程中可能出现的错误留下了额外的空间。

改进量子纠错是构建大规模量子计算机的一个主要障碍。

“用于编码信息的量子态，确实被称为‘薛定谔猫态’，” Morello教授说，“剩下的关键问题是，在不破坏编码在原子（或‘猫’）中的宝贵信息的前提下，发现已经发生了一个错误。”

只需加点‘水’

为了解释这个问题是如何解决的，Morello教授说，可以想象一下黑暗房间里的那只猫。

“在这种情况下，你不能进入房间查看里面，所以你可以先在房间里放置八个洒水器，每个洒水器分别对准一个纸箱上方。然后，你依次在每个纸箱上喷些水，并聆听当猫因被喷水而发出愤怒的‘喵’声时。”

“但由于房间很嘈杂，你可能误以为喵叫声来自一个空箱子——或者错过了来自装有猫的箱子的真实喵叫声。”

他说，降低此类错误发生概率的标准方法是重复整个实验多次，并推断猫在发出最多喵叫声的那个箱子里。

然而，喷水过于频繁，猫可能会惊慌并跳到另一个箱子里。

“反复向箱子喷水，有风险改变你试图观察的事物本身，” Morello教授说。

Morello教授说，诀窍在于，一旦观察到第一声‘喵’叫（这是你的初始猜测），就立即停止向所有箱子喷水，转而只向那些你认为猫不在的箱子喷水。

“来自那些箱子的沉默增加了你的猜测是正确的信心，”他说，“没有信号反而确认了另一个信号的存在，而无需与系统直接交互。

“有时，沉默是响亮的。”

回归科学

在研究人员使用的物理系统中，“洒水器”是一个电子，它可以根据核自旋的量子状态被推入原子，然后从原子移除。

电子的添加和移除可能会搅动原子核，使其跃迁到不同的状态。

当这种新策略应用于“原子猫”时，电子只需离开原子一次。之后，只探测那些空的状态。

这种方法将出错概率降低了一半以上，并将总测量时间缩短至三分之一。

第一作者Arjen Vaartjes表示，通过使用这种自适应测量策略，团队成功将“在正确箱子中找到猫”的信心提升至99.61%。

“这个数字意义重大，因为它将我们的系统置于成功执行量子纠错所需的测量保真度范围内。”

Morello教授说：“量子纠错依赖于在不破坏脆弱量子信息的情况下进行重复测量，这相当于在不惊吓猫的情况下在正确的箱子里找到它。”

通过改变测量策略，该团队证明，可以在造成更少干扰的同时提取更多信息——这是迈向实用规模量子计算的关键一步。

该团队表示，这种方法可以改进量子纠错中使用的‘线路中间’测量，这是在开发用于药物发现、化学反应模拟、金融投资组合优化和机器学习等应用的可扩展量子计算机方面的一个主要挑战。

任何量子实验室都能使用的技巧

Morello教授表示，这项工作的更广泛影响在于它可以应用于许多其他量子计算系统。

“这种自适应测量方法可以帮助显著减少从半导体量子比特到原子或光子架构等系统中的测量误差，”他说，“由于许多架构也使用类似的硬件，这种新协议可以很容易地适配到其他在测量过程中存在误差的平台。”

他说，可扩展量子计算最终可能取决于我们能否在不干扰系统的情况下，更好地学会“在正确的箱子里找到猫”。

“现在我们能够以刚好足够轻柔的方式来提取量子系统的信息，以保持其完整。”

Vaartjes说：“全部所需只是一个快速的FPGA、一杯咖啡、一个由聪明研究人员组成的专注团队，以及一个漫长的星期五下午的编程时间。”