量子计算下一阶段的突破,可能不只是增加量子比特。
如何让量子计算更快、更稳定,正在成为迈向实用的关键问题。
量子比特极易受到电噪声、宇宙辐射和温度变化等外界干扰。量子操作耗时越长,出错的机会就越大。因此,除了降低错误率,缩短量子操作时间同样重要。
近日,瑞典查尔姆斯理工大学研究人员提出一种新的量子控制方法,让一系列基于玻色量子编码的量子操作可以在一个驱动周期内完成,部分操作速度提升超过1000倍。
相关论文已发表于《Physical Review Letters》2。

数千次,变成一次
这项研究瞄准的是量子纠错中的一个关键瓶颈。
玻色量子编码不是把信息只存储在单个量子比特中,而是将量子信息编码到超导电路中的微波场,可以为部分错误提供更强的保护。
但过去要操作这些复杂量子态,往往需要数千个重复驱动周期。过程越长,量子信息暴露在噪声中的时间就越久,也越容易出错。
查尔姆斯理工大学研究人员提出的新方法,则利用此前提出的"量子晶格门",不再一步一步完成操作,而是将复杂操作压缩到单个驱动周期内。
这就像搭积木。过去需要一块一块搭,现在可以直接使用预先设计好的模块,大幅减少操作步骤。
更快,也是为了更稳
速度提升并不是这项研究的全部意义。
量子操作时间缩短后,量子信息暴露在外界干扰中的时间也会减少,从而降低错误累积的风险。
更重要的是,这套方法可以应用于现有的超导量子线路平台,不需要完全更换硬件体系。研究团队目前已经在讨论实验验证方案。
如果后续实验得到验证,这项技术有望帮助解决容错量子计算中的一个核心问题:
如何更快、更可靠地生成和控制用于纠错的量子态。
量子计算真正走向实用,拼的不只是"有多少量子比特",还要看这些量子比特能不能在出错之前,足够快、足够稳定地完成计算。
而把数千个驱动周期压缩到一个周期,可能正是这条路上的关键一步。
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