通用验证了奇偶校验量子计算的新架构

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科技日报北京10月31日电(记者张梦然)量子机器的计算能力仍然很低,提高性能是一项重大挑战。奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)的物理学家现在为通用量子计算机提出了一种新的体系结构,它克服了量子信息无法复制和存储的限制,或者很快将成为下一代量子计算机的基础。

量子计算机中的量子比特被用作计算单元和存储器,但由于量子信息无法复制,因此无法像经典计算机那样存储在存储器中。由于这种限制,量子计算机中的所有量子比特必须能够相互作用。这仍然是当今构建强大量子计算机的主要挑战。

2015年,理论物理学家沃尔夫冈·莱希纳、菲利普·豪克和彼得·佐勒提出了一种新的量子计算机架构来解决这一问题,以三者的名字命名为“LHZ架构”。莱希纳指出,该体系结构最初是为优化问题而设计的,“在此过程中,我们将体系结构降至最低,以尽可能有效地解决这些优化问题”。

莱希纳解释说,该体系结构中的物理量子比特不代表单个(比特,而是编码(比特之间的相互作用。这也意味着并非所有量子比特都必须相互作用。他和他的团队现在已经证明,奇偶校验概念也可以应用于通用台量子计算机。

奇偶校验计算机可以对单个量子比特执行两个或多个量子菲利普·豪克之间的操作。研究人员表示,现有的量子计算机已经在小规模上很好地进行了这种计算。然而,随着量子数比特的增加,实现这些门操作变得越来越复杂。

在两篇论文中,因斯布鲁克大学的科学家证明了奇偶校验计算机可以执行量子傅里叶变换,其计算步骤明显更少,因此速度更快。傅里叶变换是许多量子算法的基本组成部分。根据研究人员的说法,该体系结构的高度并行性意味着它可以非常高效地执行众所周知的舒尔算法来分解数字。

新概念还使硬件具有有效的纠错能力。因为量子系统对干扰非常敏感,量子计算机必须不断纠正错误。必须投入大量资源来保护量子信息,这大大增加了所需的量子数比特。新模型使用两阶段误差校正,一种类型的误差(比特翻转误差或相位误差)可以通过使用的硬件来防止;其他类型的错误可以通过软件检测和纠正。这种管理方法也有助于实现下一代通用量子计算机。

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