量子計(jì)算機(jī)通往實(shí)用之路的一大障礙是糾正計(jì)算中產(chǎn)生的錯(cuò)誤，人們需借助傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)對量子計(jì)算進(jìn)行模擬驗(yàn)證，但這一任務(wù)極其復(fù)雜。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、意大利米蘭大學(xué)、西班牙格拉納達(dá)大學(xué)和日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種新方法，能夠模擬特定類型的容錯(cuò)量子計(jì)算，攻克了該領(lǐng)域長期存在的一項(xiàng)技術(shù)難題。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《物理評論快報(bào)》雜志。

限制量子計(jì)算機(jī)糾錯(cuò)能力的根源，來自其最基本構(gòu)件量子比特。量子比特雖然擁有巨大計(jì)算潛力，但也異常脆弱。其計(jì)算能力依賴于量子疊加態(tài)的性質(zhì)，量子比特可同時(shí)處于0和1的狀態(tài)，以及它們之間的任意組合。這讓計(jì)算能力隨著量子比特?cái)?shù)的增加呈指數(shù)級增長，但代價(jià)是系統(tǒng)對外界干擾極其敏感。

量子糾錯(cuò)代碼通過將信息分散到多個(gè)子系統(tǒng)中，能在不破壞量子信息的前提下發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤。其中一種方法是將一個(gè)量子比特信息編碼在一個(gè)振動的量子系統(tǒng)中多個(gè)甚至無限個(gè)能級上，這種方式被稱為玻色編碼。但由于涉及多重能級，這種編碼方式的模擬極其復(fù)雜。

此次的方法是一種能夠模擬使用玻色編碼中GKP（戈特斯曼—基塔耶夫—普雷斯基爾）編碼的量子算法。這種編碼方式被廣泛應(yīng)用于主流量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方案中。

GKP編碼通過特殊方式存儲量子信息，使得量子計(jì)算機(jī)更容易糾錯(cuò)，也因此對外界噪聲不那么敏感。由于其深度量子力學(xué)的特性，GKP編碼一直極難用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。而現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)終于找到了一種獨(dú)特方法。他們構(gòu)建了一種新的數(shù)學(xué)工具，可在算法中有效引入GKP編碼。借助新方法，團(tuán)隊(duì)能更可靠地測試和驗(yàn)證量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果。

這項(xiàng)研究意味著科學(xué)家可用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬具備容錯(cuò)能力的量子糾錯(cuò)代碼，這是構(gòu)建更可靠、更穩(wěn)健量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵一步。