科技日報記者 張佳欣

量子計算機通往實用之路的一大障礙是糾正計算中產(chǎn)生的錯誤，人們需借助傳統(tǒng)計算機對量子計算進行模擬驗證，但這一任務(wù)極其復(fù)雜。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、意大利米蘭大學(xué)、西班牙格拉納達大學(xué)和日本東京大學(xué)的研究團隊首次提出了一種新方法，能夠模擬特定類型的容錯量子計算，攻克了該領(lǐng)域長期存在的一項技術(shù)難題。這一突破為實現(xiàn)穩(wěn)健的量子技術(shù)邁出了重要一步。相關(guān)論文2日發(fā)表于《物理評論快報》雜志。

限制量子計算機糾錯能力的根源，來自其最基本構(gòu)件量子比特。量子比特雖然擁有巨大計算潛力，但也異常脆弱。其計算能力依賴于量子疊加態(tài)的性質(zhì)，量子比特可同時處于0和1的狀態(tài)，以及它們之間的任意組合。這讓計算能力隨著量子比特數(shù)的增加呈指數(shù)級增長，但代價是系統(tǒng)對外界干擾極其敏感。

量子糾錯代碼通過將信息分散到多個子系統(tǒng)中，能在不破壞量子信息的前提下發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤。其中一種方法是將一個量子比特信息編碼在一個振動的量子系統(tǒng)中多個甚至無限個能級上，這種方式被稱為玻色編碼。但由于涉及多重能級，這種編碼方式的模擬極其復(fù)雜。

此次的方法是一種能夠模擬使用玻色編碼中GKP（戈特斯曼—基塔耶夫—普雷斯基爾）編碼的量子算法。這種編碼方式被廣泛應(yīng)用于主流量子計算實現(xiàn)方案中。

GKP編碼通過特殊方式存儲量子信息，使得量子計算機更容易糾錯，也因此對外界噪聲不那么敏感。由于其深度量子力學(xué)的特性，GKP編碼一直極難用傳統(tǒng)計算機進行模擬。而現(xiàn)在，研究團隊終于找到了一種獨特方法，能比以前更有效地完成這項任務(wù)。

為實現(xiàn)這一突破，研究團隊構(gòu)建了一種新的數(shù)學(xué)工具，可在算法中有效引入GKP編碼。借助新方法，團隊能更可靠地測試和驗證量子計算機的運算結(jié)果。

這項研究開啟了全新的量子計算模擬路徑。這意味著科學(xué)家可用傳統(tǒng)計算機模擬具備容錯能力的量子糾錯代碼，這是構(gòu)建更可靠、更穩(wěn)健量子計算機的關(guān)鍵一步。