據25日(ri)發表(biao)在《自然》雜(za)志(zhi)上(shang)的(de)(de)論文，由(you)奧(ao)地(di)利因斯布魯(lu)克大學實(shi)驗物理系的(de)(de)托馬斯·蒙茲(zi)、德國亞琛工(gong)業大學的(de)(de)馬庫斯·穆(mu)勒和德國于利希(xi)研究(jiu)中心領導的(de)(de)團隊(dui)展示了容錯(cuo)(cuo)量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)基本構(gou)建模塊，首次成功(gong)地(di)實(shi)現(xian)(xian)了對兩個邏輯(ji)量子(zi)位的(de)(de)一組計(ji)算(suan)(suan)操(cao)作(zuo)，可以用來實(shi)現(xian)(xian)任何可能(neng)的(de)(de)操(cao)作(zuo)，意味著無差錯(cuo)(cuo)量子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機或將成為(wei)現(xian)(xian)實(shi)。

  量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算機(ji)(ji)本質上更(geng)容易受到(dao)來自環境的(de)(de)干擾，因(yin)此可(ke)能總是(shi)需要糾錯機(ji)(ji)制(zhi)，否則(ze)錯誤將(jiang)(jiang)在系統(tong)中不(bu)(bu)受控制(zhi)地傳播，信(xin)息(xi)將(jiang)(jiang)丟失。量(liang)(liang)子(zi)不(bu)(bu)可(ke)克隆定理表明，對任意(yi)一(yi)個(ge)(ge)未知的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)態進行(xing)完全相同的(de)(de)復制(zhi)的(de)(de)過(guo)程是(shi)不(bu)(bu)可(ke)實(shi)現的(de)(de)，因(yin)此可(ke)以通過(guo)將(jiang)(jiang)邏輯量(liang)(liang)子(zi)信(xin)息(xi)分(fen)配到(dao)多個(ge)(ge)物(wu)理系統(tong)的(de)(de)糾纏(chan)態來實(shi)現冗(rong)余，例如多個(ge)(ge)單獨的(de)(de)原子(zi)。

  因斯(si)(si)(si)布(bu)魯(lu)克實驗物(wu)理學(xue)家盧卡斯(si)(si)(si)·波斯(si)(si)(si)勒解釋說：“對于現實世(shi)界的量子計算(suan)機，我們需要一套通(tong)用(yong)(yong)的門，用(yong)(yong)它我們可以對所(suo)有(you)算(suan)法進行編程。”

  研究團(tuan)隊在(zai)具(ju)有16個(ge)被捕(bu)獲原子(zi)的離子(zi)阱量(liang)(liang)子(zi)計算(suan)機(ji)上實現了這個(ge)通用門集。量(liang)(liang)子(zi)信(xin)息(xi)存儲在(zai)兩個(ge)邏輯(ji)量(liang)(liang)子(zi)位(wei)中，每個(ge)量(liang)(liang)子(zi)位(wei)分布在(zai)七個(ge)原子(zi)上。

  現在，研(yan)究(jiu)人員首次可以在這(zhe)些容(rong)錯量子位上實(shi)現兩個(ge)計算門，這(zhe)對(dui)于(yu)通用(yong)門集是必(bi)要(yao)的：對(dui)兩個(ge)量子位進(jin)行作(zuo)用(yong)的門（一個(ge)控—非(fei)門）和一個(ge)邏輯T門，這(zhe)在容(rong)錯量子位上特別難實(shi)現。

  物理學家們通(tong)過在邏輯量(liang)子位(wei)中準備(bei)一(yi)個特殊的狀態，并通(tong)過糾纏門(men)操作將其傳送到另一(yi)個量(liang)子位(wei)來演示(shi)了T門(men)。

  在編碼的邏(luo)(luo)輯量子(zi)位中，存儲的量子(zi)信息受到保護(hu)，不會出錯(cuo)。但(dan)是如果(guo)沒有(you)計算操(cao)作(zuo)，這(zhe)是沒有(you)用處的，而且這(zhe)些操(cao)作(zuo)本身很(hen)容(rong)易出錯(cuo)。于是，研究人(ren)員對邏(luo)(luo)輯量子(zi)位進行了操(cao)作(zuo)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可以檢測和糾正(zheng)由底層物(wu)理操(cao)作(zuo)造成(cheng)的錯(cuo)誤。因此，他們在編碼的邏(luo)(luo)輯量子(zi)位上(shang)實現了第一個通用門(men)集合(he)的容(rong)錯(cuo)實現。

  容(rong)錯(cuo)的實現(xian)比(bi)非容(rong)錯(cuo)需要更(geng)多的操作。這(zhe)將(jiang)在單個(ge)原子(zi)的尺(chi)度(du)上引入(ru)更(geng)多的誤差。工作量(liang)和復(fu)雜性增加了，但產(chan)生的質(zhi)量(liang)更(geng)好。研究人員還(huan)使用經(jing)典(dian)計算(suan)機上的數值模(mo)擬來檢查和確認他們的實驗(yan)結果。

  研究(jiu)人員已(yi)經展示(shi)了(le)在量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機上(shang)進行容(rong)錯計(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)(de)所有基(ji)礎(chu)。現在的(de)(de)(de)任務是在更大(da)的(de)(de)(de)、更有用的(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機上(shang)實施這些方法。在離子(zi)阱(jing)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機上(shang)演(yan)示(shi)的(de)(de)(de)這種方法也(ye)可以用于其他量(liang)(liang)子(zi)計(ji)算(suan)(suan)機的(de)(de)(de)體系結構。