哈佛大學(xué)量子計(jì)算糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)重大突破

　　哈佛團(tuán)隊(duì)最近在一項(xiàng)重大突破中，通過其新穎的平臺(tái)，使量子計(jì)算向前邁進(jìn)了一大步。該平臺(tái)具有動(dòng)態(tài)重新配置的能力，并在兩個(gè)量子位糾纏門中實(shí)現(xiàn)了低錯(cuò)誤率。這項(xiàng)成果已在《自然》雜志上發(fā)表，標(biāo)志著我們在克服量子糾錯(cuò)難題上取得了顯著進(jìn)展，使哈佛大學(xué)的技術(shù)站在了與其他領(lǐng)先的量子計(jì)算方法相媲美的地位。這項(xiàng)工作是哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)緊密合作的結(jié)果，為邁向可擴(kuò)展、糾錯(cuò)的量子計(jì)算領(lǐng)域打下了關(guān)鍵基礎(chǔ)。

　　哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的降低錯(cuò)誤的方法有效地突破了技術(shù)規(guī)模擴(kuò)大的一個(gè)主要障礙。

　　量子計(jì)算技術(shù)具有巨大的潛力和前所未有的速度及效率，遠(yuǎn)超過目前最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)。然而，這種顛覆性的技術(shù)尚未得到廣泛推廣或商業(yè)化，其主要原因在于糾錯(cuò)的固有難題。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)不能通過反復(fù)復(fù)制編碼數(shù)據(jù)來糾正錯(cuò)誤。因此，科學(xué)家們必須尋找全新的解決方案。

　　如今，一篇新發(fā)表在《自然》雜志上的論文展示了哈佛大學(xué)量子計(jì)算平臺(tái)在解決長期存在的量子糾錯(cuò)問題方面的巨大潛力。

　　哈佛團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)軍人物是量子光學(xué)專家Mikhail Lukin，他是約書亞和貝絲·弗里德曼大學(xué)物理學(xué)教授以及哈佛量子計(jì)劃的聯(lián)合主任。這項(xiàng)在《自然》雜志上報(bào)道的工作是哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院和波士頓QuEra計(jì)算公司之間深度合作的成果。此外，喬治·瓦斯默·萊弗里特(George Vasmer Leverett)物理學(xué)教授馬庫斯·格雷納(Markus Greiner)的團(tuán)隊(duì)也做出了重要貢獻(xiàn)。

　　哈佛平臺(tái)的獨(dú)特性

　　經(jīng)過數(shù)年的努力，哈佛平臺(tái)已成功構(gòu)建在一系列超冷激光捕獲的銣原子上。每個(gè)原子作為一個(gè)位(在量子世界中稱為“量子位”)，能夠進(jìn)行極其快速的計(jì)算。

　　該團(tuán)隊(duì)的核心創(chuàng)新在于將他們的“中性原子陣列”配置為能夠在計(jì)算過程中通過移動(dòng)和連接原子來動(dòng)態(tài)改變其布局——這在物理學(xué)術(shù)語中被稱為“糾纏”。糾纏原子對的操作被稱為雙量子位邏輯門，是計(jì)算能力的基本單位。

　　在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行復(fù)雜的算法需要大量的門操作。然而，這些門操作容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的累積會(huì)導(dǎo)致算法失效。

　　在新論文中，該團(tuán)隊(duì)報(bào)告了其兩量子位糾纏門接近完美的性能以及極低的錯(cuò)誤率。他們首次實(shí)現(xiàn)了以低于0.5%的錯(cuò)誤率糾纏原子的能力。就操作質(zhì)量而言，這使得他們的技術(shù)性能與其他領(lǐng)先的量子計(jì)算平臺(tái)(如超導(dǎo)量子位和俘獲離子量子位)相當(dāng)。

　　哈佛大學(xué)量子計(jì)算糾錯(cuò)的優(yōu)勢與未來前景

　　然而，由于系統(tǒng)規(guī)模大、量子位控制高效以及動(dòng)態(tài)重新配置原子布局的能力，哈佛的方法相比這些競爭對手具有顯著優(yōu)勢。

　　“我們已經(jīng)確定，這個(gè)平臺(tái)的物理誤差足夠低，你實(shí)際上可以想象基于中性原子的大規(guī)模糾錯(cuò)設(shè)備，”第一作者西蒙·埃弗里德(Simon Evered)說， “現(xiàn)在我們的錯(cuò)誤率已經(jīng)足夠低了，如果我們將原子組合成邏輯量子位——信息非本地存儲(chǔ)在組成原子之間——這些經(jīng)過量子糾錯(cuò)的邏輯量子位的錯(cuò)誤甚至可能比單個(gè)原子更低。”

　　在同一期的《自然》雜志上，除了報(bào)道哈佛團(tuán)隊(duì)的進(jìn)展外，還介紹了由現(xiàn)就職于普林斯頓大學(xué)的前哈佛研究生杰夫·湯普森(Jeff Thompson)領(lǐng)導(dǎo)的其他創(chuàng)新成果，以及前哈佛大學(xué)博士后研究員曼努埃爾·恩德雷斯(Manuel Endres)，他現(xiàn)在在加州理工學(xué)院工作。總的來說，這些進(jìn)展為量子糾錯(cuò)算法和大規(guī)模量子計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所有這些都表明，中性原子陣列上的量子計(jì)算正在展現(xiàn)其巨大的潛力。

　　Lukin教授表示：“這些貢獻(xiàn)為可擴(kuò)展量子計(jì)算領(lǐng)域帶來了非常特殊的機(jī)會(huì)，并為整個(gè)領(lǐng)域創(chuàng)造了一個(gè)真正激動(dòng)人心的時(shí)刻。”By HARVARD UNIVERSITY

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