我科學(xué)家率先實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉及其同事陳宇翱、劉乃樂等，與澳大利亞、加拿大科學(xué)家合作，在世界上首次成功實(shí)現(xiàn)了拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)，為將來實(shí)現(xiàn)真正的量子計(jì)算打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。量子計(jì)算機(jī)由于其超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)極限的強(qiáng)大并行運(yùn)算能力，成為科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。量子計(jì)算機(jī)不可避免地與環(huán)境耦合而產(chǎn)生的各種噪聲使計(jì)算過程產(chǎn)生各種錯(cuò)誤，這個(gè)問題長(zhǎng)期困擾著學(xué)術(shù)界。國(guó)際上以往提出的眾多量子糾錯(cuò)方案中，一般采用對(duì)每一步邏輯操作都進(jìn)行量子糾錯(cuò)的方法，要求每一步的錯(cuò)誤發(fā)生率都不得高于10～5量級(jí)，而這么低的容錯(cuò)率是目前任何實(shí)驗(yàn)手段都無法實(shí)現(xiàn)的。

近年來，學(xué)術(shù)界提出了拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)這一全新概念，把量子態(tài)的拓?fù)湫再|(zhì)應(yīng)用于量子糾錯(cuò)過程中，從而將量子糾錯(cuò)中可容忍的最高邏輯操作錯(cuò)誤發(fā)生率提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到10～2量級(jí)。這是目前已知擁有最高容錯(cuò)率的量子計(jì)算方案，從而使得可擴(kuò)展容錯(cuò)性量子計(jì)算在現(xiàn)實(shí)條件下成為可能。據(jù)悉，潘建偉團(tuán)隊(duì)經(jīng)過3年研究發(fā)展了一套全新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，將雙光子糾纏的亮度提高了4～5倍，八光子簇態(tài)的總效率至少提高了200倍，僅用80天時(shí)間就完成了以前幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，研究人員設(shè)計(jì)了一種特殊的濾除噪聲的八光子干涉儀，成功制造出并觀測(cè)到了具有拓?fù)湫再|(zhì)的八光子簇態(tài)，并將此簇態(tài)作為量子計(jì)算的核心資源，實(shí)現(xiàn)了拓?fù)淞孔蛹m錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在拓?fù)淞孔佑?jì)算的過程中可以完全糾正出現(xiàn)在任意量子比特上的單比特錯(cuò)誤，而且，當(dāng)每個(gè)量子比特都以相同的概率發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，受保護(hù)的量子關(guān)聯(lián)的有效錯(cuò)誤率會(huì)大大降低。