Only Perception: 茁壯中的量子電腦：在量子處理器中重複錯誤校正

2011-05-27

茁壯中的量子電腦：在量子處理器中重複錯誤校正

The quantum computer is growing up: Repetitive error correction in a quantum processor
http://www.physorg.com/news/2011-05-quantum-repetitive-error-processor.html

May 26, 2011

(PhysOrg.com) -- 由 Philipp Schindler 與 Rainer Blatt 所領導的奧地利 Innsbruck 大學物理團隊首度證明一項對未來起作用的量子電腦十分重要的關鍵要素：反覆式錯誤校正（repetitive error correction）。這讓科學家能夠有效率地校正發生在量子電腦中的錯誤。研究者將他們的發現發表在科學期刊 Science 中。

資料處理中有條一般規則是，在資料儲存或傳輸期間，擾動（disturbances，干擾）會導致資訊的失真（distortion）或刪除。為傳統電腦所開發的方法會自動確認並校正錯誤：資料被處理數次，如果錯誤發生，將選擇最有可能是正確的選項。而量子系統對於環境擾動則比古典系統更加敏感，一部量子電腦需要一套高效率的演算法來進行錯誤校正。

來自 Innsbruck 大學實驗物理學研究所以及奧地利科學院量子光學與量子資訊研究所的 Rainer Blatt 研究小組，現在已實驗性地證明這樣一種演算法。"困難出現，因為量子資訊無法被複製，" Schindler 表示。"這意味著我們無法不斷地儲存資訊然後比對它。" 因此，物理學家使用量子物理學的其中一項特點，並使用量子力學的糾結（entanglement）來進行錯誤校正。

Innsbruck 物理學家將三個鈣離子存在離子阱中，藉此證明這種機制。三個粒子都被當成量子位元使用（qubits），在此有個離子代表系統量子位元（system qubit），而另二個離子則被當成輔助量子位元（auxiliary qubits，下文均以英文表示）。"首先，我們使 system qubit 與其他 qubits 糾結，那會那將量子資訊傳給全部三個粒子，" Philipp Schindler 說。 "然後有套量子演算法會測定錯誤是否發生，若發生，是哪個。接著，演算法本身會校正錯誤。" 在進行校正之後，auxiliary qubits 被一道雷射光重置。 "最後一點是我們實驗中的新要素，那使反覆式錯誤校正成為可能，" Rainer Blatt 說。"幾年前，美國同僚證明了量子錯誤校正的一般性功能。我們的新機制則允許我們不斷地且有效地校正錯誤。"

"為了實現量子電腦，我們需要一個具有許多量子位元的量子處理器，" Schindler 說。"此外，我們需要讓量子操作在運作上幾乎沒有錯誤。第三個關鍵要素就是一套有效的錯誤校正。" 多年來 Rainer Blatt 的研究小組，那是該領域的全球領導者之一，已在努力實現一部量子電腦。三年前，他們呈現第一個量子（邏輯）閘，具有超過 99％的保真度。現在，他們實現了一另種關鍵要素：反覆式錯誤校正。

※ 相關報導：

＊ Experimental Repetitive Quantum Error Correction
http://www.sciencemag.org/content/332/6033/1059

Philipp Schindler, Julio T. Barreiro1, Thomas Monz,
Volckmar Nebendahl, Daniel Nigg, Michael Chwalla,
Markus Hennrich, and Rainer Blatt
Science 27 May 2011: Vol. 332 no. 6033 pp. 1059-1061
doi: 10.1126/science.1203329