中外科学家实现量子纠错“完美编码”

原创 PC4f5X  2021-03-25 10:52 

来源:科技日报

记者24日从中国科学技术大学了解到,该校潘建伟、朱晓波、陈宇翱团队,清华大学马雄峰团队,以及牛津大学等机构的科学家们用超导量子比特,对五量子比特纠错码进行了实验探索,在超导量子系统上验证了用超导量子比特实现量子纠错码的可行性。研究成果日前发表于《国家科学评论》上。

要实现通用容错的量子计算,关键在于量子纠错。量子纠错中,一个重要的里程碑是实现优于简单的物理量子比特的逻辑量子比特的纠错。在未来10年,实现通用量子纠错码仍然是最大的挑战和难题。

研究人员首先对超导量子比特进行专门的实验优化,实现了100多个量子门。用于实现五量子比特纠错码的设备是一个12比特超导量子处理器。在这12个量子比特中,研究人员选择了5个相邻的量子比特来进行实验,这些量子比特是通过电容耦合到它们最近的比特的。经过仔细校正和对门参数的优化,实现单比特门的平均保真度为0.9993,两比特门的平均保真度为0.986。仅通过使用单量子比特旋转门和两量子比特受控相位门,研究人员实现了对逻辑态进行编码和解码。

在此基础上,研究人员在理论上编译和优化了编码过程,使最邻近受控相位门的数量减少到8个,最终实现了功能齐全的五比特纠错码的基本组成部分,其中包括将通用逻辑量子比特编码为纠错码。随后,研究人员对纠错码的关键特征进行了验证,包括识别任意单比特错误、逻辑态的逻辑门操作等,从而实现所谓“完美编码”。

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