物理学家在量子计算的关键验证中延长了量子位的寿命

有望成为一种革命性的工具，可以轻松解决传统计算机难以完成的方程。 然而，量子设备的主力，即量子位，是一种容易崩溃的脆弱物体。

迄今为止，将足够的量子位保持在理想状态足够长的时间以进行计算已被证明是一个挑战。

在一项新实验中，科学家能够将量子位保持在该状态的时间是正常状态的两倍。 一路上，他们展示了实用性量子纠错（QEC），一个通过引入冗余和错误消除空间来更长时间地保持量子信息完整的过程。

QEC的想法已经存在自90年代中期以来，但现在它已被证明可以实时工作。 实验成功的部分原因是引入了人工智能算法可以调整纠错例程。

“我们第一次证明，使系统更加冗余并主动检测和纠正量子错误可以提高量子信息的弹性，”说康涅狄格州耶鲁大学的物理学家米歇尔·德沃雷特 (Michel Devoret)。

量子位是存在于量子态混合中的物体。 在经典对象可以具有绝对状态的情况下，最好使用概率来描述相同状态的量子位版本。 当一个量子位与其他量子位相互作用时，它们的概率会以计算上有用的方式纠缠在一起。

不幸的是，不仅仅是其他量子位可以将其状态与未确定的对象纠缠在一起。 环境中的一切都充当“噪音”，可能会影响那些微妙的概率并为错误留出空间。

科学家们努力实施 QEC 的部分原因是它本身可能会引入错误。 用于纠错的额外空间可能使量子位更容易受到周围环境的干扰。

像许多量子物理实验一样，这个实验是在超冷温度下进行的？ 在这种情况下，比外太空冷一百倍。 必须仔细控制设置，以尽可能保护量子位。

纠错后的量子位持续了 1.8 毫秒？ 我们可能经历的只是一眨眼的时间，但对于在量子水平上运行的量子位来说却是令人印象深刻的跨度。 现在，研究团队将能够进一步完善该过程。

“我们的实验表明量子纠错是一个真正实用的工具，”说德沃雷特。 “这不仅仅是原理验证演示。”

当科学家们正在制作在发展中？ 现在有基本的量子计算机在使用吗？ 要充分发挥该技术的潜力还有很长的路要走。

降低噪声、提高稳定性和升级纠错都将在迈向人人都可以使用的全面、实用的量子计算机方面发挥重要作用。

在这种情况下，突破归因于几个不同的因素，而不是一个变化。 QEC 代码实际上是 2001 年的代码，但对其的改进以及量子电路制造工艺的升级产生了影响。

“没有任何单一的突破能够实现这一结果，”说Volodymyr Sivak，谷歌研究科学家，曾就职于耶鲁大学。 “它实际上是过去几年开发的一大堆不同技术的组合，我们在这个实验中将它们结合起来。”

“我们的实验验证了量子计算的基石假设，这让我对该领域的未来感到非常兴奋。”

该研究发表于自然。