北京
研究人員沒有試圖詳細研究單次操作中的噪聲影響，而是在量子云上反復運行計算，讓誤差累積。
約翰·霍普金斯應用物理實驗室（APL）的研究人員與約翰·霍普金斯大學的同行合作，為超導量子處理器開發了一個全面的量子噪聲建模框架。這有望幫助制定更好的糾錯策略，從而在未來實現容錯量子計算機。
量子計算是計算領域的下一個重大飛躍，憑借指數級提升的計算速度，研究人員熱切希望發展這一技術。與只有幾百個量子比特的量子計算機相比，即便是世界上最快的超級計算機也遠遠落后。
然而，量子計算機目前尚未被用來解決現實世界中的問題。原因在于量子計算中的誤差累積。量子比特天然容易受到噪聲的干擾，溫度、電場或磁場的變化都可能使誤差不斷累積，這就迫切需要構建魯棒的糾錯機制。
量子計算機中的噪聲建模
由APL物理學家格雷戈里·基羅斯領導的研究團隊決定研究多量子比特量子計算機在真實運行環境中的量子噪聲。為此，他們接入了一個橫跨7個超導器件、包含39個量子比特的量子云系統。
研究人員主要對transmon這種特殊的超導量子比特感興趣，它因對電場噪聲的敏感度較低而聞名。使用基于云的系統也帶來了另一個挑戰，因為研究人員無法從底層訪問硬件。
不過，基羅斯指出，這個挑戰與現實世界的仿真非常相似——在專有系統中，用戶同樣無法從底層訪問硬件。他們沒有試圖詳細研究單次操作中的噪聲影響，而是在量子云上反復運行計算，讓誤差逐漸累積。
通過觀察誤差是如何累積的，以及計算結果與預期值的偏差有多大，研究人員獲得了關于物理系統實際工作方式的寶貴洞見。
構建一個全面的模型
以往研究量子計算誤差的嘗試通常只關注單一類型的誤差，要么是相干的，要么是非相干的。非相干誤差會導致存儲在量子比特上的信息丟失，而且幾乎沒有挽回的余地。
而相干誤差則是由硬件缺陷引起的，因此是可以修復的。有趣的是，APL利用量子云進行研究的方法，讓他們能夠在同一個框架內同時研究非相干誤差和相干誤差。
與基羅斯合作構建該模型的博士后研究員安尾·奧達補充說：“我們能夠將多種多樣的誤差整合到一個模型中，這個模型在參數上很簡單，但在所能描述的現象類型上卻很全面——甚至能預測小型量子算法的性能。這是我們最大的貢獻。”
基羅斯在一份新聞稿中說：“現在我們有了這個低權重的噪聲模型，就有機會把它應用到量子計算技術棧的各個層面，從硬件設計到算法設計，再到糾錯環節。從這個模型獲取的信息可以為量子計算技術棧的每一層提供指引。”
這項研究成果已發表在《PRX Quantum》期刊上。
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