给自然子刊的本科作业：大二学生突破近20年的量子计算纠错码问题）在量子计算领域，使用量子计算机进行大规模计算可能需要错-基于量子纠错码的容错架构，其中的挑战是设计一种实用的量子纠错码，可以使用适度的资源有效地抵抗实际噪声。两年前，悉尼大学本科二年级学生PabloBonilla在一次物理作业中“意外”取得了该领域的重要突破。他的研究团队对一些常用的量子纠错码进行了简单而优雅的改动，使其纠错能力提高了一倍，从而缩短了实现可扩展量子计算的过程。在此之前，这种常用的纠错码已经被研究了近20年。随后，他们在arXiv上发表了一篇名为《The XZZX surface code》的论文，详细介绍了提出的“XZZX”计算代码。近日，这项研究发表在《自然 - 通讯》期刊上，引起了AWS帕萨迪纳量子计算中心以及耶鲁大学和杜克大学量子研究项目组的关注。这些机构还打算使用他的计算代码。AWS高级量子研究科学家EarlCampbell表示，“在我们能够在量子计算领域取得任何真正的、实际的好处之前，我们还有很多工作要做。然而，Bonilla等人的这项研究让我感到惊讶。我没想到量子纠错。”代码中的微小变化会对预测性能产生如此大的影响。”AWS量子计算中心团队还期待与Bonilla和其他人进一步合作，探索其他有前途的替代方案，使新的、更强大的计算技术更接近现实。在此外，悉尼大学理论物理学教授斯蒂芬·巴特利特进一步质疑该研究，“这些是量子计算机容错的最高门槛吗？还有超越哈希的空间吗？”量子纠错经典计算机使用晶体管（可以理解为“开关”）来运行我们的手机、笔记本等设备，出错的概率很小。但是，“量子计算机中的“开关”（量子比特）对外界干扰（噪声）非常敏感。为了让量子计算机顺利运行，研究人员需要创造大量高质量的量子比特。具体实现方式包括：改进机器，降噪，或者说利用机器的某种能力，将量子比特误差抑制在某个阈值以下，这就是量子纠错的用武之地。量子误差的发生分为几种情况：一种称为X-error，发生在量子比特绕自身轴翻转时；另一种称为Z-error，即相位翻转误差；两者结合产生Y错误。杜克大学量子纠错专家肯尼斯·布朗说，“在量子纠错中，我们通常假设X-、Y-和Z-错误都是同样可能的。然而，实际的实验结果并非如此。”Bonillamade它的工作是每秒重新调整一部分纠错码。这种代码称为表面代码，在已经连接的量子位的二维网络中工作。量子棋盘为了便于理解，我们可以把表面代码想象成一个棋盘。在其最初的设计中，黑色方块用于检测Z误差，白色方块用于检测X误差。但是，相比之下，Z错误要常见得多。因此，使用这么多块来检测不太常见的X错误是一种浪费。Bonilla的计算代码打破了这种设计，翻转了一半的量子开关，这样每个方块都可以用来检测两种错误。该计算代码称为“XZZX”代码，显示了表面代码的重新设计。XZZX面码图。“XZZX”计算代码的容错阈值。Brown教授说，“XZZX代码令人惊叹，因为它通过简单的局部变换为所有不均匀X和Z错误的情况提供了最佳解决方案。”耶鲁大学量子研究项目助理教授ShrutiPuri表示，她的团队有兴趣在我的工作中使用新的计算代码。“这种计算代码的优雅引人注目。其出色的纠错特性来自对原始代码的简单修改，我们已经研究了近20年，”Puri说。开发的新一代量子技术极为相关。我相信有了这套计算代码，我们可以大大缩短实现可扩展量子计算的时间线。”该研究的合著者、物理学院的大卫·塔克特博士说，“这有点像下战棋与量子对手。从理论上讲，他们可以将船放在板上的任何位置。但在玩了数百万场比赛之后，我们已经掌握了他们的一些布局规则。”“从实验中我们知道Z-error比X-error更常见。根据这个特点，Pablo重新设计了表面代码，大大提高了它的抑制错误的能力。实用价值该研究的合著者、悉尼大学理学院研究副院长斯蒂芬·巴特利特(StephenBartlett)说：“这种设计的伟大之处在于，我们可以有效地调整它以适应表面代码，即正在整个行业发展。”.“对于一个长期从事二维芯片设计的行业来说，让新的计算代码在二维表面上工作具有非常理想的应用。”文章的另一位合著者、悉尼大学纳米研究所和物理学院的Ben博士“建造一台实用的量子计算机有点像莱特兄弟试图建造一架飞机，我们甚至还没有离开地面”布朗说。贡献了更符合空气动力学的设计和更大的升力。我们的设计可能有助于大规模量子计算的腾飞。”
