量子计算新里程碑打破纠缠世界纪录

在纠缠了有记录以来最逻辑的量子位之后，研究人员在寻求可扩展和容错的量子计算机方面取得了重大进展。

研究人员创造了量子纠缠的新记录——使可靠的量子计算机离现实又近了一步。科学家们成功地纠缠了 24 个“逻辑量子位”——通过组合多个物理量子位创建的低误差量子信息位。这是迄今为止达到的最高数字。

他们还证明，随着量子位数量的增加，逻辑量子位可以保持纠错，这是迈向更大、容错能力更强的量子系统的关键一步。研究人员在 11 月 18 日发表在预印本数据库 arXiv 上的一项研究中详细介绍了他们的工作。

尽管量子计算有着令人难以置信的前景，但取代传统计算仍面临一些关键障碍。这些障碍之一是控制量子位（量子信息的基本单位），这是极其困难的。

与传统计算机位的二进制 1 和 0 不同，量子位运行在一套完全不同的机制上——准确地说，是量子力学。虽然量子位可以以 1 和 0 的形式存在，但它们也可以同时以 1 和 0 的形式存在，这种现象称为“叠加”。这使得测量量子位成为一项重大挑战。

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另外两种量子现象，相干性和纠缠，给工作带来了额外的麻烦。相干性是衡量量子位保持处理量子计算所需状态的时间长度的指标。相干时间通常以秒的几分之一为单位进行测量，并且可能会受到最微小的环境因素的干扰。

当量子位失去相干性时，它们通常也会失去纠缠——一种将一个量子位的状态直接与另一个量子位的状态联系起来的机制。这种相干性和纠缠性的丧失会对量子计算机准确可靠地执行计算的能力产生不利影响。

输入逻辑量子位

近年来，研究人员越来越关注逻辑量子位，将其作为克服物理量子位脆弱性的一种手段。

虽然物理量子位通常由离子或超导电路等带电粒子组成，但逻辑量子位是通过跨多个物理量子位编码量子信息来创建的。该架构提供了纠错系统，因此如果一个量子位变得不稳定或丢失信息，其他量子位可以检测到并纠正它。

科学家们使用原子计算公司的“中性原子量子处理器”和微软的“量子位虚拟化系统”成功地纠缠了破纪录的 24 个逻辑量子位，该处理器通过用激光操纵单个原子来处理和存储量子信息。 “一个软件平台，通过实时检测和纠正错误来帮助管理和稳定量子位。

研究人员表示，虽然 24 个看起来似乎不是一个巨大的数字，但纠缠这么多逻辑量子位的能力代表了创建可扩展、容错量子系统的一个关键里程碑。

“容错量子计算对于能够解决大型计算问题至关重要，使科学和经济价值超越经典计算，它需要集成多种先进技术和量子纠错算法，以可持续的方式提供足够可靠的计算资源， ” Atom 代表在一份声明中说道。 “通过这些结果，我们现在已经证明了支持量子纠错所需的所有关键要素。”

研究人员还展示了逻辑量子位如何执行复杂的任务并随着量子计算机的扩展控制错误。他们使用相同的 Atom 系统在 28 个逻辑量子位上创建并运行计算，证明随着量子系统变得更加强大和复杂，维持纠错是可能的。

“通过将我们最先进的中性原子量子位与微软的量子位虚拟化系统相结合，我们现在能够在商业量子机器上提供可靠的逻辑量子位，”Ben Bloom，创始人和Atom Computers 首席执行官在一份声明中说道。 “该系统将使包括化学和材料科学在内的多个领域取得快速进展。”