加州理工学院的研究人员开发了一种量子橡皮擦来纠正量子计算系统中的问题"擦 除"错误。 该技术涉及激光中的光"镊子"可以检测到碱土中的中性原子，并且可以通过荧光校正错误。 这项创新将雷德伯格中性原子系统的纠缠率提高了十倍，在提高量子计算机的可靠性和可扩展性方面迈出了关键一步。
未来的量子计算机有望彻底改变各个领域的问题解决方式，例如创造可持续材料、开发新药以及揭示基础物理学中的复杂问题。 然而，这些突破性的量子系统目前比我们今天使用的经典计算机更容易出错。 如果研究人员能想出一个特殊的量子橡皮擦并消除错误，那不是很好吗？
研究人员首次成功证明"擦 除"识别和消除错误。
据《自然》杂志报道，由加州理工学院领导的一组研究人员率先展示了量子橡皮擦。 物理学家已经证明，他们可以精确定位和纠正量子计算系统的名称"擦 除"错误的错误。
亚当·肖（Adam Shaw）是这项新研究的共同第一作者，也是加州理工学院物理学教授曼努埃尔·恩德雷斯（Manuel Endres）实验室的研究生，他说："在量子计算机中检测错误通常很困难，因为仅仅寻找错误的行为就可能导致更多的错误。 但是我们的研究表明，通过一些细致的控制，我们可以查明并消除某些错误而不会产生任何后果，这就是擦除这个名字的由来。 "
量子计算机基于亚原子领域的物理定律，例如纠缠，这是一种粒子保持相互连接并在不直接接触的情况下进行模仿的现象。 在这项新研究中，研究人员专注于使用中性原子或不带电原子阵列的量子计算平台。 具体来说，他们操纵了激光制成的闭合"镊子"单个碱土中的中性原子。 这些原子被激发到高能态，即"雷德伯格"状态，其中相邻原子开始相互作用。
虽然量子器件中的错误通常很难检测到，但研究人员已经表明，通过仔细控制，一些错误可以使原子发光。 利用这种能力，研究人员使用原子阵列和激光束进行了量子模拟，如图所示。 实验表明，它们可以摆脱发光的错误原子，使量子模拟更有效地运行。 **加州理工学院兰斯-琳达分校。
该研究的另一位共同第一作者Pascal Scholl解释说："我们量子系统中的原子相互交谈并纠缠在一起"他曾是加州理工学院的博士后学者，现在在法国一家名为Pasqal的量子计算公司工作。
纠缠是量子计算机超越经典计算机的关键。 "然而，自然界不喜欢维持这种量子纠缠的状态"Scholl解释道。 "最终，一个错误发生，破坏了整个量子态。 这些纠缠态可以看作是一个装满苹果的篮子，原子就是苹果。 随着时间的流逝，一些苹果会开始腐烂，如果不把这些苹果从篮子里拿出来换成新鲜的，那么所有的苹果都会很快腐烂。 目前尚不清楚如何完全防止这些错误，因此唯一可能的方法是检测并纠正它们"。
新的错误捕获系统的设计方式是，当被激光照射时，错误的原子会发出荧光或发光。 scholl 他说"我们有发光原子的图像告诉我们错误，因此我们可以将它们从最终计数中排除，或者使用额外的激光脉冲来主动纠正它们。 "
在中性原子系统中实现擦除检测的理论首先由普林斯顿大学电气和计算机工程教授杰夫·汤普森（Jeff Thompson）及其同事提出。 该团队最近还在《自然》杂志上报道了该技术的演示。
加州理工学院的团队表示，他们可以通过消除和定位雷德伯格原子系统中的错误来提高纠缠的整体速率或保真度。 在这项新研究中，研究小组发现，1000对原子中只有一个未能纠缠。 这比以前的结果提高了10倍，是在这种类型的系统中观察到的最高纠缠率。
归根结底，这些结果对于使用雷德伯格中性原子阵列的量子计算平台来说是个好兆头。 中性原子是最具可扩展性的量子计算机类型，但到目前为止，它们一直具有很高的纠缠保真度。
参考资料：高保真 Redberg 量子模拟器中的擦除转换，作者：Pascal Scholll、Adam LShaw、Richard Bing-Shiun Tsai、Ran Finkelstein、Joonhee Choi 和 Manuel Endres，2023 年 10 月 11 日，《自然》。
doi: 10.1038/s41586-023-06516-4
编译**：scitechdaily