新方法成功模擬特定容錯量子計算

科技日報訊 （記者張佳欣）量子計算機通往實用之路的一大障礙是糾正計算中產生的錯誤，人們需藉助傳統計算機對量子計算進行模擬驗證，但這一任務極其複雜。瑞典查爾姆斯理工大學、意大利米蘭大學、西班牙格拉納達大學和日本東京大學的研究團隊首次提出了一種新方法，能夠模擬特定類型的容錯量子計算，攻克了該領域長期存在的一項技術難題。相關論文發表於最新一期《物理評論快報》雜誌。

限制量子計算機糾錯能力的根源，來自其最基本構件量子比特。量子比特雖然擁有巨大計算潛力，但也異常脆弱。其計算能力依賴於量子疊加態的性質，量子比特可同時處於0和1的狀態，以及它們之間的任意組合。這讓計算能力隨着量子比特數的增加呈指數級增長，但代價是系統對外界干擾極其敏感。

量子糾錯代碼通過將信息分散到多個子系統中，能在不破壞量子信息的前提下發現並糾正錯誤。其中一種方法是將一個量子比特信息編碼在一個振動的量子系統中多個甚至無限個能級上，這種方式被稱為玻色編碼。但由於涉及多重能級，這種編碼方式的模擬極其複雜。

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用於主流量子計算實現方案中。

GKP編碼通過特殊方式存儲量子信息，使得量子計算機更容易糾錯，也因此對外界噪聲不那麼敏感。由於其深度量子力學的特性，GKP編碼一直極難用傳統計算機進行模擬。而現在，研究團隊終於找到了一種獨特方法。他們構建了一種新的數學工具，可在算法中有效引入GKP編碼。藉助新方法，團隊能更可靠地測試和驗證量子計算機的運算結果。

這項研究意味着科學家可用傳統計算機模擬具備容錯能力的量子糾錯代碼，這是構建更可靠、更穩健量子計算機的關鍵一步。