據(ju)25日(ri)發表在《自然》雜(za)志上的(de)論(lun)文(wen)，由奧地利因(yin)斯布魯克大學實驗物(wu)理系的(de)托馬斯·蒙茲、德國亞琛工業大學的(de)馬庫(ku)斯·穆勒和德國于利希研究中心領(ling)導的(de)團隊展示了容(rong)錯量(liang)子計(ji)(ji)算(suan)的(de)基本構建模塊，首(shou)次成功地實現(xian)了對(dui)兩(liang)個邏(luo)輯量(liang)子位(wei)的(de)一組計(ji)(ji)算(suan)操作，可以用來實現(xian)任何可能的(de)操作，意味(wei)著(zhu)無差錯量(liang)子計(ji)(ji)算(suan)機或(huo)將成為現(xian)實。

  量(liang)子計算機(ji)本質上更容(rong)易(yi)受到來自環境的(de)干擾，因此可(ke)能總(zong)是(shi)(shi)需要糾(jiu)錯機(ji)制(zhi)，否則錯誤將在系統中不受控(kong)制(zhi)地傳播，信息(xi)將丟(diu)失。量(liang)子不可(ke)克隆定理表明，對(dui)任(ren)意一個未知的(de)量(liang)子態(tai)進行完全相同的(de)復制(zhi)的(de)過(guo)程(cheng)是(shi)(shi)不可(ke)實現的(de)，因此可(ke)以通過(guo)將邏輯量(liang)子信息(xi)分配到多個物理系統的(de)糾(jiu)纏(chan)態(tai)來實現冗(rong)余(yu)，例如多個單(dan)獨的(de)原子。

  因(yin)斯布魯克實(shi)驗物理學(xue)家盧卡斯·波斯勒解釋說：“對于現實(shi)世界的量子計算(suan)機，我們需要一套通用的門，用它我們可以對所(suo)有算(suan)法進行編(bian)程。”

  研究(jiu)團(tuan)隊在具有(you)16個(ge)被(bei)捕獲原(yuan)(yuan)子的離子阱量(liang)(liang)子計算機(ji)上(shang)實現了(le)這個(ge)通用門集(ji)。量(liang)(liang)子信息存儲在兩個(ge)邏輯(ji)量(liang)(liang)子位中，每個(ge)量(liang)(liang)子位分布在七個(ge)原(yuan)(yuan)子上(shang)。

  現(xian)在，研究(jiu)人員首次可以(yi)在這些容(rong)錯量(liang)子位(wei)上(shang)(shang)實現(xian)兩個計算門(men)，這對于(yu)通(tong)用門(men)集是必要的：對兩個量(liang)子位(wei)進(jin)行作用的門(men)（一個控—非門(men)）和一個邏輯T門(men)，這在容(rong)錯量(liang)子位(wei)上(shang)(shang)特別難實現(xian)。

  物理學(xue)家們通(tong)過在邏(luo)輯量子位中準備一(yi)個特殊的狀態(tai)，并通(tong)過糾纏門(men)操作將其(qi)傳送到(dao)另(ling)一(yi)個量子位來演示(shi)了(le)T門(men)。

  在編碼的(de)邏(luo)輯(ji)(ji)量(liang)(liang)子位中，存儲的(de)量(liang)(liang)子信息受到保護(hu)，不會出錯(cuo)(cuo)。但是如果沒有(you)計算操(cao)作(zuo)，這是沒有(you)用(yong)處(chu)的(de)，而且這些操(cao)作(zuo)本身很容易(yi)出錯(cuo)(cuo)。于(yu)是，研(yan)究人員對邏(luo)輯(ji)(ji)量(liang)(liang)子位進行了操(cao)作(zuo)，這樣(yang)就可以檢測和糾正由底層物理操(cao)作(zuo)造(zao)成的(de)錯(cuo)(cuo)誤。因此(ci)，他們在編碼的(de)邏(luo)輯(ji)(ji)量(liang)(liang)子位上實(shi)現了第(di)一個通(tong)用(yong)門集(ji)合的(de)容錯(cuo)(cuo)實(shi)現。

  容錯(cuo)的(de)(de)實現(xian)比非容錯(cuo)需(xu)要更(geng)多(duo)的(de)(de)操作。這將在單個原子(zi)的(de)(de)尺度上(shang)引入(ru)更(geng)多(duo)的(de)(de)誤(wu)差。工作量(liang)和復雜(za)性增加(jia)了，但產生的(de)(de)質量(liang)更(geng)好。研究人員還使(shi)用(yong)經典計(ji)算機上(shang)的(de)(de)數值模(mo)擬來檢查和確認他(ta)們的(de)(de)實驗(yan)結果。

  研究人(ren)員已經展示(shi)了在量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機(ji)上(shang)進行容錯計(ji)算的(de)所有(you)(you)基礎(chu)。現在的(de)任務(wu)是在更大(da)的(de)、更有(you)(you)用的(de)量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機(ji)上(shang)實施這些方法。在離子(zi)(zi)阱量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機(ji)上(shang)演(yan)示(shi)的(de)這種方法也(ye)可(ke)以用于其(qi)他量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機(ji)的(de)體(ti)系結(jie)構。