研究人员创造了量子纠缠的新记录——使可靠的量子计算机离现实又近了一步。科学家们成功地纠缠了 24 个“逻辑量子位”——通过组合多个物理量子位创建的低误差量子信息位。这是迄今为止达到的最高数字。
他们还证明，随着量子位数量的增加，逻辑量子位可以保持纠错，这是迈向更大、容错能力更强的量子系统的关键一步。研究人员在 11 月 18 日发表在预印本数据库上的一项研究中详细介绍了他们的工作arXiv。
尽管有令人难以置信的承诺量子计算，有几个关键障碍阻碍取代经典计算。这些障碍之一是控制量子位——量子信息的基本单位——这是极其困难的。
与传统计算机位的二进制 1 和 0 不同，量子位以完全不同的机制运行——量子力学，准确地说。虽然量子位可以以 1 和 0 的形式存在，但它们也可以同时以 1 和 0 的形式存在，这种现象称为叠加。这使得测量量子位成为一项重大挑战。
有关的：量子计算机已经出现——但我们为什么需要它们以及它们的用途是什么？
另外两种量子现象，相干性和纠缠，投入额外的扳手。相干性是衡量量子位保持处理量子计算所需状态的时间长度的指标。相干时间通常以几分之一秒并且可能会受到最微小的环境因素的干扰。
当量子位失去相干性时，它们通常也会失去纠缠——一种将一个量子位的状态直接与另一个量子位的状态联系起来的机制。这种相干性和纠缠性的丧失会对量子计算机准确可靠地执行计算的能力产生不利影响。
输入逻辑量子位
近年来，研究人员越来越关注逻辑量子位，将其作为克服物理量子位脆弱性的一种手段。
虽然物理量子位通常由带电粒子（如离子或超导在电路中，逻辑量子位是通过跨多个物理量子位编码量子信息而创建的。该架构提供了纠错系统，因此如果一个量子位变得不稳定或丢失信息，其他量子位可以检测到并纠正它。
科学家们使用原子计算公司的“中性原子量子处理器”成功地纠缠了他们破纪录的 24 个逻辑量子位，该处理器通过操纵单个量子位来处理和存储量子信息。原子激光和微软的“量子位虚拟化系统”，这是一个通过实时检测和纠正错误来帮助管理和稳定量子位的软件平台。
虽然 24 个看起来似乎不是一个巨大的数字，但纠缠这么多逻辑量子位的能力代表了创建可扩展的、容错量子系统，研究人员说。
“容错量子计算对于能够解决大型计算问题至关重要，使科学和经济价值超越经典计算，它需要集成多种先进技术和量子纠错算法，以可持续的方式提供足够可靠的计算资源， ” Atom 代表在一份声明。 “通过这些结果，我们现在已经证明了支持量子纠错所需的所有关键要素。”
研究人员还展示了逻辑量子位如何执行复杂的任务并随着量子计算机的扩展控制错误。使用相同的 Atom 系统，他们在 28 个逻辑量子位上创建并运行计算，证明可以维持纠错随着量子系统变得越来越强大和复杂。
“通过将我们最先进的中性原子量子位与微软的量子位虚拟化系统相结合，我们现在能够在商用量子机上提供可靠的逻辑量子位，”本·布鲁姆AtomComputing创始人兼首席执行官在一份声明中表示陈述。 “该系统将使包括化学和材料科学在内的多个领域取得快速进展。”
