根据25日发表在《自然》期刊上的论文，奥地利因斯布鲁克大学实验物理系的ThomasMunds和亚琛工业大学的MarkusMüller，德国和德国Jülich研究中心领导的团队展示了容错量子计算的基本构建块，首次成功实现了两个逻辑量子位上的一组计算操作，可用于实现任何可能的操作，这意味着无错误的量子计算机可能成为现实。量子计算机本质上更容易受到环境干扰的影响，因此可能始终需要纠错机制，否则错误将在系统中不受控制地传播，信息将会丢失。量子不可克隆定理表明，复制任何未知量子态的过程是不可实现的，因此可以通过将逻辑量子信息分布到多个物理系统的纠缠态（例如原子的多个个体）中来实现冗余。因斯布鲁克实验物理学家LucasPossler解释说：“对于真实世界的量子计算机，我们需要一组通用的门，我们可以用它来对所有算法进行编程。”这个通用门组是在捕获原子的离子阱量子计算机上实现的。量子信息存储在两个逻辑量子比特中，每个量子比特分布在七个原子上。现在，研究人员第一次可以在这些容错量子位上实现两个计算门，这是通用门集所必需的：一个作用于两个量子位的门（控制反转门）和一个逻辑T门，它在容错量子位上特别难以实现。物理学家通过在逻辑量子位中准备一个特殊状态并通过纠缠门操作将其转移到另一个量子位来演示T门。在编码的逻辑量子比特中，存储的量子信息不会出错。但如果没有计算操作，那是没有用的，而且这些操作本身就容易出错。相反，研究人员操纵了逻辑量子位，以便检测和纠正由底层物理操纵引起的错误。因此，他们在编码逻辑量子位上实现了通用门集合的第一个容错实现。容错实现比非容错实现需要更多的操作。这会在单个原子的尺度上引入更多的误差。工作量和复杂性增加，但最终质量更好。研究人员还使用经典计算机上的数值模拟检查并确认了他们的实验结果。研究人员已经展示了在量子计算机上进行容错计算的所有基础知识。现在的任务是在更大、更有用的量子计算机上实施这些方法。在离子阱量子计算机上演示的方法也可用于其他量子计算机架构。
