容错能力100亿倍提升

北海道大学京都大学的科学家们开发了一种量子计算的理论方法,它比目前的理论模型更能容错100亿倍。他们的方法使我们更接近于开发利用亚原子粒子多样性的量子计算机来传输、处理和存储极大量的复杂信息。

 

【突破】压缩光可能是量子计算的关键 | 量子纠错|Squeezing Light could be key to Quantum Computing-量子客

 

Quantum computing has the potential to solve problems involving vast amounts of information, such as modelling complex chemical processes, far better and faster than modern computers.
量子计算有可能解决包含海量信息的问题,如模拟复杂的化学过程,其速度和质量远超现代(经典)计算机。

量子比特是量子计算的根本。

计算机目前通过将数据编码成“比特(bit)”来存储数据。一个比特可以存在于两个状态之一:0和1。科学家们一直在研究使用亚原子粒子的方法,称为“量子比特(Qubit)”,它可以同时存在于两个不同的状态,用于储存和处理大量的信息。量子比特是量子计算机的基石。

使用光子的特性来降噪。

其中一种方法涉及使用光子的固有特性, 例如,通过将电磁场的模式数字化,把信息载体作为量子比特编码到光束中。但编码信息在量子计算中容易从光波中丢失, 导致错误的增加。为了减少信息丢失, 科学家们一直在试验 "压缩" 光(Squeezing Light)。压缩是从电磁场中去除微小的量子级波动 (即噪声) 的过程。噪声将电磁场的振幅和相位引入一定程度的不确定性。因此,压缩是量子计算机光学实现的有效工具,但目前的使用是不够的。

在《Physical Review X 》杂志上发表的一篇论文中, 日本北海道大学的应用物理学家Akihisa Tomit 和他的同事们提出了一种在使用这种方法时显著减少错误的新方法。他们开发了一个理论模型, 既使用量子位的性质, 也利用它们存在的电磁场的模式。该方法涉及在量子比特聚集在一起时通过消除易出错的量子比特来压缩光。

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容错效果。

该模型比目前的实验方法容忍误差的一百亿倍,这意味着它每10000次计算可容忍一个错误。

笔者认为:

当前量子计算一大挑战就是容错的问题,普通纠错,随着编码量子位的数量增加,纠错位的需求也会增加,有的策略为了降低Error rate,更是指数级的增加量子位来达到期望效果。但是目前看来,量子位的数量还是很珍贵的。从这个角度来看,Akihisa Tommit他们的研究,就具突破性和值得参考了,其容错能力强到可以完全忽略。这对量子计算来说,是非常重要的。因为错误一直是大家面对的大问题,微软的拓扑方案,估计也是考虑了普通策略很难啃纠错这个大骨头而开辟。

 

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