量子系统可以运行极高 但不能以完美的精度运行

量子系统可以以极高的精度运行，但不能以完美的精度运行。研究人员现在已经证明了如何在操作过程中监控和纠正这些操作中的错误。近年来，量子计算领域取得了长足的进步。渐渐地，量子设备开始挑战传统计算机，至少在一些选定的任务中。尽管取得了许多进步，但今天的量子信息处理器仍然很难处理误差，这在任何计算中都是不可避免的。这种无法有效修正的误差阻碍了量子信息连续大规模处理的努力。因此，量子电子研究所的Jonathan Home Group首次在单个实验中集成了执行量子纠错所需的一系列元件，令人兴奋。这些结果今天发表在《自然》杂志上。

制造不完美的公差

与经典计算机一样，量子计算机也是由不完美的组件构成的，这些组件对外部干扰更加敏感。这将不可避免地导致执行计算时出现错误。对于传统计算机，有一个完整的工具包来检测和纠正这种错误。量子计算机将更加依赖于定位和修复错误。这需要一种概念上不同的方法，它考虑到信息是以量子状态编码的。特别是，在不干扰量子信息的情况下重复读出量子信息，例如检测错误所需的信息，并实时做出反应来扭转这些错误，这带来了相当大的挑战。

重复性能

Home群将量子信息编码在阱中串联的单个离子的量子态中。通常，这些弦只包含一种物质的离子。但博士生弗拉德内格内维茨基(Vlad Negnevitsky)和马特奥马里内利(Matteo Marinelli)以及博士后卡兰梅塔(Karan Mehta)和其他同事，现在已经创造了两种不同的物种，即两种铍离子(9Be)和一种钙离子(40Ca)。这种混合物种以前已经产生，但是研究小组现在以新的方式使用它们。他们利用了这两个物种截然不同的特点。特别是，在他们的实验中，非常不同的浅色被用来操纵和测量铍和钙离子。这为研究一个物种而不干扰另一个物种开辟了道路。同时，ETH研究人员发现了一种使不同离子相互作用的方法，即钙离子的测量结果可以生成关于铍离子量子态的信息，而不会破坏那些脆弱的状态。重要的是，当铍离子遇到缺陷和误差时，物理学家会反复监测它们。该团队在同一个系统上进行了50次测量，但在之前的实验中(只使用了钙离子)，这一重复读数仅限于几轮。

经济调整措施

发现一个错误是一回事，采取行动纠正另一个错误是另一回事。为了做到这一点，研究人员开发了一种强大的控制系统，可以根据偏离目标状态的程度反复轻推铍离子。将离子带回轨道需要微秒级的复杂信息处理。由于该系统使用了经典的控制电子器件，现在证明的方法应该也适用于基于信息载体而不是俘获离子的量子计算平台。重要的是，Negnevitsky、Marinelli、Mehta和他们的同事已经证明，这些技术也可以用来稳定两个铍离子共享的纠缠量子态，这在经典物理中没有直接的等价关系。纠缠是赋予量子计算机独特能力的一个因素。此外，这些状态还可以用来提高精确测量的精度。用于纠错的组件(如现在证明的组件)可以使这些状态持续更长时间——这不仅为量子计算，也为计量学提供了有趣的前景。

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