量子计算机在运行过程中出错的解决方法主要包括以下几种:
量子纠错码(QEC)
定义:量子纠错码是一种用于检测和纠正量子计算系统中错误的编码技术。通过将一个量子态分散到多个量子比特上,可以在不直接测量量子态的情况下检测并纠正错误。
应用:谷歌在2023年证明了一个17量子比特的系统可以从单个错误中恢复,一个49量子比特的系统可以从两个错误中恢复,而最新的进展则是97个量子比特的系统可以从三个错误中恢复。
硬件优化
方法:通过优化量子比特所处的环境,减少外界干扰和操作引入的错误,提高门操作的保真度。
挑战:这种方法提升有限,无法保证是否能够达到实际算法的需求。
量子橡皮擦
定义:量子橡皮擦是一种可以精确定位并纠正量子计算系统中“擦除”错误的技术。研究人员利用原子阵列和激光束进行量子模拟,通过精确控制,可以摒弃发光的错误原子,提高量子模拟的运行效率。
重复编码策略
方法:通过将一个量子态分散到多个量子比特上,实现信息的冗余来容忍错误。这种方法允许在不扰动计算的情况下,通过额外的辅助量子比特来检测和判断是否有错误发生。
应用:马里兰大学的研究团队在肖尔编码的基础上,成功实施了“Bacon-Shor编码”的故障防护版本,为实现完全容错的量子计算机打下坚实基础。
软件工具
方法:利用软件编码来“容许”错误,例如通过重复比较和纠错码生成信息的备份副本。
应用:Q-CTRL的软件可以帮助量子计算机工程师稳定量子位,并在仪表板上对错误进行可视化处理,帮助工程师重新编程纠正错误。
串联技术
方法:将量子比特串联起来,随着量子比特数量的增加,不仅能够降低错误率,还能实现错误的实时纠正。
应用:谷歌量子芯片Willow的突破性进展在于其量子比特数量达到105个,且在使用更多量子比特时,错误率能够以指数级速度下降。
这些方法各有优缺点,实际应用中可能需要结合多种技术来提高量子计算机的可靠性。随着技术的不断进步,未来可能会有更多创新的方法出现,以解决量子计算机的纠错问题。