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量子计算的重要问题,被一群“不务正业”的天文学家和高能物理学家解决了

2020-11-24 11:31 前瞻网   

 

量子计算的重要问题,被一群“不务正业”的天文学家和高能物理学家解决了

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家和计算机科学家团队,借用高能物理和天文学教科书上的内容,成功将一种常见的误差减少技术应用于量子计算领域。

在微观粒子探测和遥远星系观测的世界里,科学家们学会了在不确定性中生存和工作。他们经常需要从其他粒子相互作用和背景“噪音”中,挑出极罕见的粒子相互作用,这要求他们使用复杂的搜寻方式,过滤掉大气扭曲和星际尘埃的影响,以提高天文成像的分辨率。

受限于硬件技术,探测器的固有问题可能导致数据被它们所连接的电子设备误读,因此科学家需要通过精密的计算机算法,减小误差范围并返回最准确的结果。

而噪声和物理缺陷的问题,以及错误校正和错误缓解算法的需要,在量子计算的新兴领域中也很常见。发表在《npj量子信息杂志》上的一项研究发现,似乎也有一些共同的解决方案。

这项研究集中于一种减少读出误差的技术,称为“迭代贝叶斯展开”(IBU),这是高能物理界界常见的计算。研究比较了这种方法与其他纠错和缓解技术的有效性。

IBU方法基于贝叶斯定理,可以在已知与该事件相关的其他条件时找到事件发生的概率。研究人员指出,这项技术可以应用于经典计算机的量子模拟,也就是基于通用门的量子计算机。

在依赖量子比特(或称量子比特)来携带信息的量子计算中,称为量子叠加的脆弱状态很难维持,并且会随着时间的推移而衰减,导致量子比特显示为0而不是1——这是一个常见的读出错误示例。

叠加本身意味着,一个量子比特可以表示0、1或同时表示2个量,这在传统计算中是不可能的,传统计算依赖于代表1或0的位,而不能同时代表2个。量子计算机中读出误差的另一个来源就是由于计算机的结构,对量子比特状态的错误测量。

在这项研究中,研究人员模拟了一台量子计算机,以比较3种不同的纠错技术的性能。他们发现,IBU方法在非常嘈杂、容易出错的环境中更为有效,在存在更常见的噪声模式时,IBU方法的性能略优于其他2种方法。

研究人员利用模拟的量子计算环境进行了1000多个伪实验,他们发现IBU方法的结果最接近预测。用于这项分析的噪声模型是在一台名为“BM Q约翰内斯堡”的20比特量子计算机上测量的。

研究中使用的模拟和真实量子计算机从5个量子比特到20个量子比特不等,而且这项技术应该可以扩展到更大的系统。但是,随着量子计算机规模的增大,研究人员测试的纠错和差错缓解技术将需要更多的计算资源,因此纳奇曼说,研究小组的重点是如何使这些方法对具有更大量子比特阵列的量子计算机更易管理。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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