悉尼大學(xué)的一位科學(xué)家已經(jīng)實現(xiàn)了一位量子產(chǎn)業(yè)內(nèi)部人士所說的“許多研究人員認(rèn)為不可能的事情”。

物理學(xué)院的本杰明·布朗博士開發(fā)了一種用于量子計算機的糾錯代碼，它將釋放更多的硬件來進(jìn)行有用的計算。它還提供了一種方法，使Google和IBM等公司可以設(shè)計更好的量子微芯片。

他通過將在三維中運行的已知代碼應(yīng)用于二維框架來做到這一點。

布朗博士說：“訣竅是將時間用作第三維。我使用了兩個物理維度，并增加了時間作為第三維。”“這為我們提供了前所未有的可能性。”

他的研究今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

他說：“這有點像編織。”“每一行就像一維線。您將一排排的羊毛編織在一起，隨著時間的流逝，這將產(chǎn)生一個二維的材料面板。”

容錯量子計算機

在制造足以解決有用問題的機器之前，減少量子計算中的錯誤是科學(xué)家面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

悉尼大學(xué)納米研究所的研究員布朗博士說：“由于量子信息是如此脆弱，因此會產(chǎn)生很多錯誤。”

完全消除這些錯誤是不可能的，因此目標(biāo)是開發(fā)一種“容錯”架構(gòu)，其中有用的處理操作遠(yuǎn)勝于糾錯操作。

“在單個錯誤觸發(fā)黑屏或其他一些故障之前，您的移動電話或筆記本電腦將在數(shù)十年內(nèi)執(zhí)行數(shù)十億次操作。當(dāng)前的量子操作很幸運，每20次操作中發(fā)生的錯誤少于一個，這意味著數(shù)百萬個錯誤小時，”布朗博士說，他還曾在ARC工程量子系統(tǒng)卓越中心工作。

“那是很多掉線的東西。”

如今，實驗性量子計算機中的大多數(shù)構(gòu)造塊(量子位或量子位)都由糾錯的“開銷”承擔(dān)。

“我抑制錯誤的方法是使用在整個體系結(jié)構(gòu)的二維表面上運行的代碼。這樣做的效果是使許多硬件免于糾錯，并使其繼續(xù)使用有用的東西，布朗博士說。

Naomi Nickerson博士是位于加利福尼亞帕洛阿爾托的PsiQuantum的量子架構(gòu)主管，與這項研究無關(guān)。她說：“這一結(jié)果為執(zhí)行容錯門建立了新的選擇，它有可能極大地減少開銷，并使實用的量子計算更加接近。”

通用計算之路

諸如PsiQuantum之類的初創(chuàng)公司以及Google，IBM和Microsoft等大型技術(shù)公司正在牽頭開發(fā)大型量子技術(shù)。迫切需要找到允許其機器擴展的糾錯碼。

微軟量子公司的高級研究員邁克爾·貝弗蘭德博士(Michael Beverland博士)也沒有參與這項研究。他說：“本文探討了一種令人興奮的，奇異的方法來執(zhí)行容錯量子計算，指出了可能在兩個空間維度上實現(xiàn)通用量子計算的方法無需蒸餾，許多研究人員認(rèn)為這是不可能的。”

當(dāng)前存在的二維代碼需要Beverland博士所稱的蒸餾，更準(zhǔn)確地稱為“魔術(shù)蒸餾”。量子處理器在此處對多個計算進(jìn)行排序，并提取出有用的計算。

只是抑制了錯誤，這消耗了很多計算硬件。

布朗博士說：“我已經(jīng)運用了三維代碼的力量，并將其適應(yīng)了二維框架。”

布朗博士今年很忙。3月，他與EQUS和悉尼大學(xué)的同事在頂級物理學(xué)雜志《Physical Review Letters》上發(fā)表了一篇論文。在他的研究中，他和同事們開發(fā)了一種解碼器，該解碼器比以往任何時候都可以識別和糾正更多的錯誤，從而在錯誤糾正方面創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。

布朗博士說：“識別出更常見的錯誤是我們可以釋放更多處理能力用于有用計算的另一種方式。”

Stephen Bartlett教授是該論文的合著者，并領(lǐng)導(dǎo)了悉尼大學(xué)的量子信息理論研究小組。

“我們在悉尼的小組非常專注于發(fā)現(xiàn)如何擴大量子效應(yīng)，以便它們可以為大型設(shè)備提供動力，”兼科學(xué)系研究副院長的巴特利特教授說。

“布朗博士的工作展示了如何為量子芯片做到這一點。這種進(jìn)展將使我們能夠從少量的量子位發(fā)展到非常大的數(shù)量，并建造超強大的量子計算機，以解決明天的重大問題。 ”