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中国科学家率先实现拓扑量子纠错

发布时间:2012年02月27日 22:52 | 进入复兴论坛 | 来源:《科技日报》 | 手机看视频


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  中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟及其同事陈宇翱、刘乃乐等,与澳大利亚、加拿大科学家合作,在世界上首次成功实现了拓扑量子纠错,为将来实现真正的量子计算打下了坚实的基础。该研究成果发表在2月23日出版的国际权威学术期刊《自然》杂志上。据悉,这是量子信息领域以中国为第一单位发表在《自然》杂志上的首篇长文。

  量子计算机由于其超越经典计算机极限的强大并行运算能力,成为科学家们梦寐以求的目标。量子计算机不可避免地与环境耦合而产生的各种噪声使计算过程产生各种错误,这个问题长期困扰着学术界。国际上以往提出的众多量子纠错方案中,一般采用对每一步逻辑操作都进行量子纠错的方法,要求每一步的错误发生率都不得高于10-5量级,而这么低的容错率是目前任何实验手段都无法实现的。

  近年来,学术界提出了拓扑量子纠错这一全新概念,把量子态的拓扑性质应用于量子纠错过程中,从而将量子纠错中可容忍的最高逻辑操作错误发生率提高了三个数量级,达到10-2量级。这是目前已知拥有最高容错率的量子计算方案,从而使得可扩展容错性量子计算在现实条件下成为可能。

  据悉,潘建伟团队经过3年研究发展了一套全新的实验技术,将双光子纠缠的亮度提高了4—5倍,八光子簇态的总效率至少提高了200倍,仅用80天时间就完成了以前几乎不可能实现的实验。同时,研究人员设计了一种特殊的滤除噪声的八光子干涉仪,成功制造出并观测到了具有拓扑性质的八光子簇态,并将此簇态作为量子计算的核心资源,实现了拓扑量子纠错。实验结果显示, 在拓扑量子计算的过程中可以完全纠正出现在任意量子比特上的单比特错误,而且当每个量子比特都以相同的概率发生错误时,受保护的量子关联的有效错误率会大大降低。

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