谷歌完成量子计算纠错严重冲破！效果登上Nature，号称第二大里程碑

酒剑仙

原标题：谷歌完成量子计算纠错严重冲破！效果登上Nature，号称第二大里程碑  
明敏 发自 凹非寺   
量子位 | 大众号 QbitAI   
量子计算畛域的新里程碑，来了！  
谷歌迷信家证实， 经过减少量子比特的数量，就可以升高量子计算的过错率。   
钻研效果登上最新一期《Nature》。  
后果显示，在72个量子比特的超导量子处置器上：  
distance-5逻辑量子比特（基于49个物理量子比特），每周期的逻辑过错为 2.914% 。  distance-3逻辑量子比特（基于17个物理量子比特），每周期的逻辑过错为 3.028% 。    能够发现前者的量子比特多了，然而过错率却升高了。  
要知道，量子计算纠错是量子计算开展的症结一步。过来提出的实践计划中，需求引入更多量子比特，这会致使量子计算犯错的源头增多。  
谷歌量子计算部门担任人表现，只管他们的办法只能将过错率升高一点，但这象征着谷歌曾经冲破了“均衡点”。  
咱们需求让它降更多。
    咱们需求让它降更多。  
量子计算机始终被视为能够解决普通计算机所无奈胜任的超大范围计算，如将少量整数合成为质数、摹拟繁杂化学反映等。  
然而和普通计算机同样，量子计算机很容易泛起底层物理零碎“噪声”惹起的过错。  
关于普通计算机，经过比特（能够表现0或1）来存储信息，并将部份信息复制到冗余的“纠错”比特上。当泛起过错时，好比杂散电子穿过了绝缘屏障，或者宇宙射线搅扰了电路，芯片就可以自动发现问题并修复。  
然而，量子计算机是在量子比特上运算，量子比特能够被设置为0、1，或者同时设置为0和1的恣意混合，好比30%的0和70%的1。  
这象征着量子比特不克不及被读出，不然它的量子形态将会丧失。由此，量子计算机不克不及像普通计算机那样，简略地将部份信息复制到冗余量子比特上。  


     实践物理学家们提出了一种解决方法： 量子误差纠正。   
逻辑量子比特由此而来。它是由物理量子比特组成的聚拢，它们独特任务以 履行计算。  
而后机器就能使用一些物理量子比特来反省逻辑量子比特的状况，并纠正过错。  
物理量子比特越多，就可以越好地按捺过错。  
（量子比特有许多物理完成，在传统计算机使用硅基芯片之处，量子比特能够由捕捉的离子、光子、人造原子或实在原子、准粒子组成）  
但量子比特是量子计算犯错的源头，减少更多量子比特，象征着泛起过错的可能也会减少。  
因此必需要将犯错的“密度”升高。  
谷歌钻研人员提出了一种拥有 超导量子比特的外表码。   
外表码是一组量子纠错码。它将逻辑量子比特编码为物理量子比特的d × d平方的联结纠缠态，称为数据量子比特。  
逻辑量子比特形态由一对反替换逻辑可观丈量X ?和Z ?定义，如下图a表现，是一个72量子比特的Sycamore量子计算机原理图。   
其中嵌入了distance-5的外表编码，由25个数据量子比特（黄色）和24个丈量量子比特（蓝色）组成。  
每个丈量量子比特和一个不乱器（stabilizer，蓝色方块）相干联，逻辑运算符Z ?和X ?遍历数组，在左下角的数据量子比特相交。   
右上角的白色框的象限，是4个distance-3外表码的子集之一，这是和distance-5外表码作对比的对比对于。  


为了检测过错，会周期性地丈量相邻数据量子比特簇的X和Z奇偶校验。  
如图b所示，每个丈量量子比特都和相邻的数据量子比特互相作用，将联结数据量子比特奇偶校验映照到丈量量子比特形态，而后丈量量子比特形态。  
每个奇偶校验量或不乱器，都与编码的量子比特的逻辑观测值以及其余不乱器替换。  
因此，能够在奇偶校验丈量产生不测变动时检测到过错，其实不会搅扰逻辑量子比特的形态。   


经过如上办法，谷歌钻研人员建造了一个72个量子比特的超导量子处置器，用两种不同的外表码做了测试。  
后果标明，较大外表码能展示出个更好的逻辑量子比特机能，即过错率更低。如下红蓝线比较：  


量子计算到哪一步了？   
这一成绩也被谷歌视为完成量子优胜后的又一严重冲破。  
根据谷歌本人的“六步走”布局，完成量子劣势是第一步，升高量子计算过错率是第二步，终究要完成建造一台由100万个物理量子比特组成的量子计算机，能编码1000个逻辑量子比特。  
他们表现，比及这一步完成，量子计算的商业价值也就可以完成了。  
除此以外，他们还表现超导量子比特只是构建量子计算机的几种办法之一，但这类办法最有可能胜利。但若发现了新办法更无效，他们会马上调剂标的目的。  
我国关于量子计算的开展步骤也提出了明白的布局。  
中科院院士潘建伟提出，量子计算分为三个开展阶段：  
完成量子计算优胜  完成公用的量子摹拟机，可运用于组合优化量子化学、机器学习等特定问题  在完成量子纠错的根底上，构建可编程通用量子计算机    目前，中美加已完成了量子计算优胜。  
达到公用的量子计算摹拟机，潘院士估量还需5-10年，是以后学术界的次要钻研工作。  
— 完—   
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