“薛定谔的猫”或带来量子计算“圣杯”

“薛定谔的猫”或带来量子计算“圣杯”

科学家利用著名的"薛定谔的猫"思想实验，开发出一种新的量子计算错误纠正方法。这种新方法将量子信息编码到一个拥有8种可能状态的锑原子上，从而使数据可以被更加安全地保存。

这项突破是在让量子系统内部出现错误的可能性下降以及——在确实出现错误时——使错误更容易被发现和修正方面迈出的重要一步。量子系统内部出错是阻碍量子计算机发展的一个关键障碍。研究人员1月14日在《自然-物理学》杂志上发表了他们的研究成果。

最早由物理学家埃尔温·薛定谔在1925年提出的"薛定谔的猫"思想实验，生动地描述了量子世界的怪异规则。它想象一只猫与一个毒药瓶一起被放入暗盒中，毒药瓶的开启装置受放射性衰变——一个完全随机的量子过程——控制。

薛定谔认为，量子力学规则意味着，在人们打开暗盒并且看到猫之前，这只不幸的猫将处于某种叠加态，即同时处于死亡和活着的状态。

在量子比特的案例中，相当于经典计算机中的0和1的量子信息可以被编码为原子"向上"和"向下"自旋的状态——自旋是基本粒子与生俱来的内禀角动量。

但是，如果量子计算机的内部噪音导致这种自旋突然改变(就像经常发生的情况那样)，那么量子态将会丢失，从而产生错误并破坏其内部包含的信息。

为了解决这个问题，进行这项新研究的研究人员在一块硅量子芯片中植入了一颗拥有8个不同自旋方向的锑原子。该锑原子多出的6个自旋方向(通过该原子可以增加多个不同方向的自旋的复合性质所获得)意味着与在双自旋态系统中不同，一次错误不足以毁掉已经编码的信息。

论文联合作者、澳大利亚新南威尔士大学电气工程和电信专业博士生本杰明·威廉在一份声明中说："正如谚语所说，猫有9条命。一次小小的抓伤不会要了它的命。我们这只用作隐喻的'猫'则有7条命：必须连续出现7次错误才能把0变成1！"

研究人员说，在拥有这一系统的情况下，他们现在将致力于验证一种发现和修正他们芯片中的错误的方法——这一成就被认为是量子计算技术领域中的"圣杯"。

论文联合作者、新南威尔士大学电气工程和量子物理学教授安德烈亚·莫雷洛在该声明中写道："如果出现错误，我们会马上发现，并且能够在更多错误发生之前纠正它。这就好像是我们看到我们的猫脸上带着一道大的抓痕回到家里，从而将继续这个'薛定谔的猫'的隐喻。猫远远没有死掉，但我们知道它打了一架：我们可以去弄清楚谁挑起了这次打架，以免这种事情再次发生并让我们的猫受到更多伤害。"

美国谷歌量子人工智能实验室内用于量子计算的相关设备(路透社)