薛定谔的猫编码插图（图片来源：网络）
来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家提出了一种突破性的量子计算容错方案，称为“关键的薛定谔猫编码”。这种新颖的系统在混合状态下运行，具有强大的误差抑制能力，它还能减小由随机频移引起的误差，从而加速创建具有多个相互作用的量子比特的量子计算机。
量子计算使用量子力学的原理来编码和处理数据，它可以解决当前计算机难以解决的计算问题。EPFL量子科学与工程中心主任Vincenzo Savona教授说：“从药物发现到复杂生物系统和材料的优化和模拟等应用，量子计算将给科学、工业和社会等领域带来革新。”
与经典比特不同，量子比特可以同时存在0和1的叠加态。所以它可以同时探索多个解决方案，在某些计算任务中的速度显著增加。然而，量子系统很脆弱，容易受到环境等因素的影响。
Savona说：“制定策略来保护量子比特免受影响，能够检测和纠正错误，对于开发大规模容错量子计算机至关重要。”他们与EPFL物理学家Luca Gravina、Fabrizio Minganti共同提出了一种新的编码方案，即“关键的薛定谔猫编码”，可以实现对错误的高级恢复能力，取得了重大突破，可以彻底改变量子计算机的可靠性。
什么是“关键薛定谔猫编码”？
1935年，物理学家Erwin Schrödinger提出了一个实验构想：设想一只猫被放在一个装有毒药和放射源的密封盒子里。如果放射源的单个原子衰变，盖革计数器会检测到放射性，然后盖革计数器会粉碎烧瓶。毒药被释放出来，猫就会被毒死。根据哥本哈根量子力学的观点，如果原子最初处于叠加状态，猫也会处于相同的状态，即处于活与死的叠加态。Savona 说：“这在宏观尺度上表示了量子比特的状态。”
在过去的几年里，科学家们从“薛定谔的猫”那里汲取灵感，构建了一种名为“薛定谔猫编码”的编码技术。在这里，量子比特的0和1状态被编码到谐振腔中振荡电磁场的两个相反相位上，类似于猫的死态或活态。
Savona解释说：“已经使用两种不同的方法实现了薛定谔猫编码。一个利用型腔中的非谐波效应，另一个依靠精心设计的型腔损耗。我们将二者的优势结合起来，这种混合制度可以增强错误抑制能力。核心思路是在相变的临界点附近运行，这是‘薛定谔猫编码’的关键。”
对多个量子比特操作时，需要克服一个重大挑战：由于随机频移引起的错误。“薛定谔猫编码”还有一个额外的优势：它对随机频移引起的错误表现出出色的抵抗力，这解决了一个主要问题，并为构建具有多个相互作用的量子比特的设备铺平了道路，这是构建量子计算机的基本要求。
Savona说：“我们正在驯服‘量子猫’。通过在混合制度中运行，我们开发了一个超越之前版本的系统，这代表了猫量子比特和整个量子计算的重大飞跃。在构建更好的量子计算机道路上，这项研究是一个里程碑，展示了EPFL在推进量子科学领域和释放量子技术方面的真正潜力。”
来自：量子前哨
