量子計(jì)算機(jī)創(chuàng)造新突破：牛津量子邏輯門精度提至99%！

一臺真正意義上的量子計(jì)算機(jī)尚未真正到來，但它或許會比我們想象中要早一些。

上周，《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）報(bào)道稱，牛津大學(xué)教授的研究實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算機(jī)研發(fā)進(jìn)程的一個(gè)重大突破：由英國工程和物理科學(xué)研究理事會（EPSRC）資助的網(wǎng)絡(luò)量子信息技術(shù)中心（NQIT）的科學(xué)家已經(jīng)將量子邏輯門（quantum logic gate）的精度提升至99%。其意義在于：人類構(gòu)建的量子邏輯門精度已經(jīng)達(dá)到了實(shí)際構(gòu)建一臺量子計(jì)算機(jī)所需的理論精度基準(zhǔn)。

首先，量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)都是用來處理數(shù)據(jù)的工具，其輸出態(tài)和輸入態(tài)之間存在邏輯關(guān)系。通常將實(shí)現(xiàn)從輸入態(tài)到輸出態(tài)演化的單元叫邏輯門。

而如今牛津大學(xué)兩位教授的研究主要是尋找到了使用原子來構(gòu)建量子邏輯門的方法。我們知道，量子具有量子疊加 （系統(tǒng)同時(shí)包含所有的可能測量結(jié)果，一旦某個(gè)測量發(fā)生，則結(jié)果將為定值）和量子糾纏（多粒子的疊加態(tài)，它們的屬性相互關(guān)聯(lián)影響）這兩個(gè)特性。而該方法是需要將兩個(gè)不同的原子放入到同一個(gè)量子糾纏態(tài)之中。之前已有專家表明如果這種邏輯門的精度低于99%，那么理論上就不可能構(gòu)建出量子計(jì)算機(jī)。理論的閾值需要達(dá)到99.9%。

此次研究成果的作者之一David Lucas在解釋量子糾纏概念時(shí)表示：“量子糾纏描述了一種有兩個(gè)量子物體存在的情況——在我們的案例中是兩個(gè)單獨(dú)的原子——它們共享一個(gè)共同的量子態(tài)。也就是說，測量其中一個(gè)原子的性質(zhì)可以了解另一個(gè)原子的性質(zhì)?！?/span>

根據(jù)論文摘要，研究人員在激光驅(qū)動的兩量子位和單量子位邏輯門上分別實(shí)現(xiàn)了99.9（1）% 和99.9934（3）% 的保真度（Fidelity），顯著超過了容錯(cuò)量子計(jì)算所需的約99%的最小閾值水平。

誠然，高精度的邏輯門是制造量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，但高精度的邏輯門還不足以讓我們創(chuàng)造出真正的量子計(jì)算機(jī)，這一科學(xué)研究還有許多難題需要攻克。Lucas表示：“量子邏輯門本身并不能構(gòu)成量子計(jì)算機(jī)，但如果沒有它們，你也不能造出量子計(jì)算機(jī)。”

量子計(jì)算作為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在人工智能研究等需要海量計(jì)算的研究領(lǐng)域方面而顯示出巨大的潛力價(jià)值。牛津大學(xué)莫德林學(xué)院研究者、論文的第一作者Chris Ballance博士在接受媒體采訪時(shí)表示：“事實(shí)證明量子機(jī)制的信息操作方式能給量子計(jì)算機(jī)帶來遠(yuǎn)比任何可以想象的常規(guī)計(jì)算機(jī)更加高效的解決特定問題的方法。比如安全密碼破解、搜索大型數(shù)據(jù)集等。量子計(jì)算機(jī)天生就很適合模擬其它量子系統(tǒng)，這可能有助于我們，比如說，理解化學(xué)和生物學(xué)相關(guān)的復(fù)雜分子。”

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