自校正量子计算机触手可及

量子计算机有望达到即使是当今最快的超级计算机也无法达到的速度和效率。然而，该技术尚未大规模推广和商业化，很大程度上是因为它无法自我纠正。与经典计算机不同，量子计算机无法通过一遍又一遍地复制编码数据来纠正错误。科学家们不得不寻找另一种方法。

现在，《自然》杂志上发表的一篇新论文阐述了哈佛量子计算平台解决长期存在的量子纠错问题的潜力问题的潜力。

领导哈佛大学团队的是量子光学专家米哈伊尔·卢金(MikhailLukin)，他是约书亚和贝丝·弗里德曼大学物理学教授，也是哈佛量子计划的联合主任。Nature杂志报道的工作是哈佛大学、麻省理工学院和波士顿QuEra计算公司之间的合作。乔治·瓦斯默·莱弗里特(GeorgeVasmerLeverett)物理学教授马库斯·格雷纳(MarkusGreiner)的团队也参与其中。

经过过去几年的努力，哈佛平台建立在一系列非常冷的激光捕获铷原子上。每个原子都充当一个位(或在量子世界中称为“量子位”)，可以执行极快的计算。

该团队的主要创新是将他们的“中性原子阵列”配置为能够通过移动和连接原子来动态改变其布局——这在物理术语中称为“纠缠”——计算过程中。纠缠原子对的操作称为双量子位逻辑门，是计算能力的单位。

在量子计算机上运行复杂的算法需要许多门。然而，这些门操作是出了名的错误，并且错误的累积会使算法变得毫无用处。

在新论文中，该团队报告了其两量子位纠缠门的近乎完美的性能以及极低的错误率。他们首次展示了以低于0.5%的错误率纠缠原子的能力。在运行质量方面，这使得他们的技术性能与其他领先类型的量子计算平台(例如超导量子位)相当和俘获离子量子位)相当。

然而，哈佛的方法由于其庞大的系统规模、高效的量子位控制以及动态重新配置原子布局的能力，比这些竞争对手具有重大优势。

“我们已经确定这个平台的物理误差足够低，你实际上可以想象基于中性原子的大规模纠错设备，”第一作者西蒙·埃弗里德(SimonEvered)说，他是哈佛格里芬艺术与科学研究生院卢金分校的学生团体。

“现在我们的错误率已经足够低了，如果我们将原子组合成逻辑量子位——信息非本地存储在组成原子之间——这些经过量子纠错的逻辑量子位的错误甚至可能比单个原子更低。”

哈佛团队的进展发表在同一期《自然》杂志上与由现就职于普林斯顿大学的前哈佛大学研究生JeffThompson和现就职于加州理工学院的前哈佛大学博士后研究员ManuelEndres领导的其他创新一起发表在同一期《自然》总而言之，这些进步为量子纠错算法和大规模量子计算奠定了基础。所有这些都意味着中性原子阵列上的量子计算正在展现其全部前景。

卢金说：“这些贡献为可扩展量子计算领域的非常特殊的机会打开了大门，并为整个领域带来了真正激动人心的时刻。”

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