量子计算达到了多少量子比特 薛定谔的猫制造出更好的量子比特

量子计算使用量子力学的原理来编码和阐述数据，这意味着它有朝一日可以解决当前计算机难以处理的计算问题。后者使用代表0或1的位，而量子计算机使用量子位——量子信息的基本单位。

洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心主任Vincenzo Savona教授说：“随着从药物发现到复杂生物系统和材料的优化和模拟的应用，量子计算有可能重塑科学、工业和社会的广阔领域。”

与经典位不同，量子位可以同时存在于0和1状态的“叠加”中。这使得量子计算机能够同时探索多种解决方案，这可以使它们在某些计算任务中更快。然而，量子系统是脆弱的，容易受到与环境相互作用引起的误差的影响。

Savona说：“开发保护或量子位不受此影响的策略，或在错误发生后检测和纠正错误的策略，对于开发大规模容错量子计算机至关重要”。研究团队提出一种“关键薛定谔猫码”来提高纠错能力，取得了重大突破。这项研究引入了一种新的编码方案，它可能会彻底改变量子计算机的可靠性。

1935年，物理学家埃尔温·薛定谔提出了一个思想实验，作为对当时量子力学主流理解的批判——哥本哈根解释。在薛定谔的实验中，一只猫被放在一个装有******和放射源的密封盒子里。如果放射源中的一个原子衰变，盖革计数器就会检测到放射性，然后打碎烧瓶。******被释放，杀死了猫。

根据量子力学的哥本哈根观点，如果原子最初处于叠加态，猫也会继承同样的状态，发现自己处于生死叠加态。Savona说，这种状态恰好代表了在宏观尺度上实现的量子比特的概念。

近年来，科学家们从薛定谔的猫中汲取灵感，建立了一种称为“薛定谔猫密码”的编码技术。在这里，量子位的0和1状态被编码到谐振腔中振荡电磁场的两个相反相位，类似于猫的死或活状态。

Savona解释道：“薛定谔猫码在过去使用了两种不同的方法来实现。一种利用空腔中的非谐波效应，另一种则依赖于精心设计的空腔损耗。在我们的工作中，我们通过在中间状态下操作，将两者结合起来，从而将两者联系起来。尽管以前认为这种混合状态是无效的，但这种混合状态增强了误差抑制能力。”核心思想是在接近相变的临界点处操作，这就是关键猫代码的‘关键’部分所指的。

关键猫代码还有另外一个优势：它对随机频移引起的错误表现出非凡的抵抗力，这通常对涉及多个量子位的操作构成重大挑战。这解决了一个主要问题，并为实现具有多个相互交互的量子比特的设备铺平了道路——这是构建量子计算机的最低要求。

Savona说：“我们正在驯服量子猫。通过在混合模式下运行，我们开发了一个超越其前身的系统，这代表着猫量子比特和量子计算整体上的重大飞跃。这项研究是建设更好的量子计算机道路上的一个里程碑”。

这项研究于6月7日发表在《PRX量子》期刊上。

DOI：10.1103/PRXQuantum.4.020337