不再找錯誤卻錯更多  新方法可即時尋找與修正量子運算錯誤避免死循環

編譯／高晟鈞

量子電腦由於高度敏感，當裝置與環境發生纏結時可能會產生錯誤，因此，量子電腦運作需要極低的物理錯誤率。而在某個閾值之下，可以利用量子糾錯（Quantum Error Correction, QEM）來保護量子信息免受噪聲（Noise）或其他原因導致的錯誤。

普林斯頓大學的Jeff Thompson帶領的團隊近日開發了一種特殊方法，可以更加容易地識別量子電腦將會在何時、何處發生錯誤，成功降低了量子糾錯的難易度。「量子電腦的錯誤並非都是一樣的。」Jeff說道。

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錯誤並不都是相同的

近30年來，許多物理學家都致力於開發新的量子位元（Qubits），穩定地優化這些量子位元，使其不那麼脆弱與容易發生錯誤。然而，不論是多麼優秀量子位元排列，錯誤依舊是難以避免的。

因此，量子電腦的未來發展主要在於如何能有效地發現這些錯誤並修正。要修正錯誤的首要條件，是弄清錯誤在資料中的位置與其他信息，但檢查錯的過程通常會引入更多錯誤，因此修正錯誤常常變成一個死循環。

量子糾錯的進展

Jeff的實驗室正在研究一種基於中性原子的量子電腦。量子位元被儲存在單一鐿原子的自旋中，並被稱為光鑷（Optical Tweezers）的聚焦雷射固定。

研究小組透過實驗設計，測量了成對的量子位元發生錯誤的機率，他們發現單一量子位元的錯誤率僅為0.1%，量子位元對則為2%。最後，大約56%的單一量子位元與33%的量子位元對錯誤可以在實驗結束前被檢測到。更重要的是，檢查錯誤的行為不會像先前一樣導致更多的錯誤，只增加了0.001%。

該研究的最大價值在於不破壞量子位元的情況下表徵它們的不同方式。簡單來說，透過特殊的量子位元儲存方式，研究團隊可以即時檢測錯誤的發生，錯誤的量子位元將會發出亮光；反之則保持黑暗且不受影響。

接著，錯誤會被轉換成Erasure Error（類似QR code的糾刪碼），Erasure Error通常比未知位置的錯誤更加容易修正，而該研究也是首個成功將Erasure Error模型應用於基於物質量子位元的例子。

採用新方法，近98%的錯誤都可以被檢測出來，降低了實施了量子糾錯的成本。

資料來源:Scitechdaily

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