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        量子计算机在通往实际用例的道路上仍然面临一个重大障碍：它们纠正出现的计算错误的能力有限。 为了开发真正可靠的量子计算机，研究人员必须能够使用传统计算机模拟量子计算以验证其正确性 - 这是一项至关重要但极其困难的任务。 现在，来自瑞典查尔姆斯理工大学、米兰大学、格拉纳达大学和东京大学推出了一种模拟特定类型的纠错量子计算的方法，这是寻求稳健量子技术的重大飞跃。

         量子计算机有可能解决当今超级计算机无法处理的复杂问题。 在可预见的未来，量子技术的计算能力有望彻底改变解决医学、能源、加密、人工智能和物流问题的基本方法。

         尽管这些承诺，该技术面临着一个重大挑战：需要纠正量子计算中出现的错误。 虽然传统计算机也会遇到错误，但这些错误可以使用成熟的技术快速可靠地纠正，以免它们引起问题。 相比之下，量子计算机受到的错误要多得多，这些错误也更难检测和纠正。 Quantum 系统仍然不具有容错能力，因此尚未完全可靠。

         到验证量子计算的准确性，研究人员使用传统计算机模拟或模拟计算。 因此，研究人员对模拟的一种特别重要的量子计算类型感兴趣，即能够承受干扰并有效纠正错误的量子计算。 然而，量子计算的巨大复杂性使得此类模拟的要求非常高 - 以至于在某些情况下，即使是世界上最好的传统超级计算机也会如此以宇宙的年龄来重现结果。 来自查尔姆斯理工大学、米兰大学、格拉纳达大学和东京大学的

         研究人员现在已成为世界上第一个提出一种精确模拟某种类型量子计算的方法的人，该方法特别适合纠错，但到目前为止一直 非常难以模拟。 这项突破解决了量子研究中长期存在的挑战。

        “我们发现了一种模拟特定类型量子计算的方法，而以前的方法并不有效。 这意味着我们现在可以使用用于容错的纠错码来模拟量子计算，这对于将来能够构建更好、更强大的量子计算机至关重要，“Chalmers 应用量子物理学博士、最近发表在 Physical 上的一项研究的第一作者 Cameron Calcluth 说。 审阅信件。

         纠错量子计算 - 要求苛刻但至关重要的

        量子计算机纠正错误的能力有限，这源于其基本构建块 - 量子比特 - 具有巨大的计算能力潜力，但也非常敏感。 量子计算机的计算能力依赖于叠加的量子力学现象，这意味着量子比特可以同时保存值 1 和 0，以及所有中间态的任意组合。 计算容量随着每个额外的量子比特而呈指数级增长，但代价是它们极易受到干扰。

         Calcluth 说：“来自周围环境的最轻微的振动、电磁辐射或温度变化形式的噪声都可能导致量子比特计算错误，甚至失去其量子态、相干性，从而也失去了继续计算的能力。

         为了解决这个问题，使用纠错码来分发信息，允许在不破坏量子信息的情况下检测和纠正错误。 一种方法是将量子比特的量子信息编码为振动量子力学系统的多个（可能是无限）能级。 这称为玻色子码。 然而，由于具有多个能级，使用玻色子码模拟量子计算尤其具有挑战性，研究人员无法可靠地模拟它们使用传统计算机 - 直到现在。

         研究人员解决方案中的关键

         的新数学工具 研究人员开发的方法由一种能够模拟量子计算的算法组成，该算法使用一种称为 Gottesman-Kitaev-Preskill （GKP） 代码的玻色子代码。 此代码通常用于量子计算机的主要实现。

         “它存储量子信息的方式使量子计算机更容易纠正错误，这反过来又使他们对噪音和干扰不太敏感。 由于其深厚的量子力学性质，使用传统计算机模拟 GKP 代码极为困难。 但现在我们终于找到了一种独特的方法，比以前的方法更有效地做到这一点，“查尔姆斯大学应用量子物理学副教授、该研究的合著者 Giulia Ferrini 说。

         研究人员通过创建一个新的数学工具，设法在他们的算法中使用了代码。 由于新方法使研究人员现在可以更可靠地测试和验证量子计算机的计算。

         Ferrini 说：“这开辟了模拟量子计算的全新方法，我们以前无法测试这些方法，但对于构建稳定且可扩展的量子计算机至关重要。

         关于研究的更多信息

         文章 具有真实奇维 Gottesman-Kitaev-Preskill 状态的电路的经典仿真已发表在 Physical Review 上函件。 作者是 Cameron Calcluth、Giulia Ferrini、Oliver Hahn、Juani Bermejo-Vega 和 Alessandro Ferraro。 研究人员活跃于瑞典查尔姆斯理工大学、意大利米兰大学、西班牙格拉纳达大学和日本东京大学。