内容来源：量子前哨（ID：Qforepost）

文丨 浪味仙 排版丨沛贤

深度好文：1200字丨5分钟阅读

摘要：与涉及超导电路的其他量子比特设计相比，使用猫态量子比特可能会“将用于纠错的量子比特数量减少到原来的1/10”。

量子计算是一项革命性技术，能够帮助用户高效完成计算密集型任务，例如模拟量子系统、机器学习、组合优化、密码学等，尽管潜力巨大，却也长期饱受错误率的困扰。

由于容易受到难以控制的环境因素影响，量子比特很容易出现多种类型的错误。因此，构建一台强大到足以纠正自身错误的量子计算机在技术上非常困难，常见的一种纠错策略是使用冗余量子比特，但需要较高的硬件开销。

当然，还有另一种纠错策略，即构建本身能够避免某些错误类型的量子比特，从而减低纠错所需的开销。

近日，法国巴黎高等师范学院的 Zaki Leghtas 团队，与量子计算初创公司 Alice & Bob 展开合作，创建出一种抗错误“猫态量子比特”，并对测量过程进行了重新设计，为制造更可靠的量子计算机提供了新的方向。

研究人员通过将光囚禁在芯片上的一个小孔中来制造量子比特，芯片上布满了由超导线制成的微小电路，光可以在洞内以两种不同的方式来回振荡，从而创造出“猫态量子比特”。这种叠加状态设计模仿了著名的思想实验——“薛定谔的猫”，由此而得名。当然了，在围绕“猫态量子比特”的研究中，并没有任何一只猫受到伤害。

Zaki Leghtas 表示，在过去的十多年中，物理学家一直认为猫态量子比特不太可能发生位翻转错误。所谓的位翻转错误有点类似经典计算机中的 0 错误的变成了 1，或者是1变成了0。然而，想在实验室中证明猫态量子比特具有避免位翻转错误的能力并不容易。

事实上，Zaki Leghtas 和他的同事在实验中每隔几毫秒就会检测到猫态量子比特的位翻转错误。直到最近他们意识到，很多位翻转错误的出现，实际上是由他们测量量子比特状态的方式所导致的。

于是，Zaki Leghtas 和同事重新设计了测量过程。之后实验发现，猫态量子比特出现位翻转错误的次数明显减少。测量过程的改进使得猫态量子比特能够在10秒内不发生位翻转，比以前的实验延长了 10000 倍。

到目前为止，尽管研究人员只构建了一个具有这种特性的猫态量子比特，但这项技术的成功，可能是迈向构建新型可靠量子计算机的重要一步。与涉及超导电路的其他量子比特设计相比，使用猫态量子比特可能会“将用于纠错的物理量子比特数量减少到原来的1/10”。

荷兰代尔夫特理工大学的 Christian Andersen 教授提醒说，尽管 10 秒的无位翻转错误运行时间对于量子比特来说已经很长，但量子比特的其他属性也同样重要。未来的研究，必须找到最实用的方法来解决这个问题，即在增强猫态量子比特对位翻转错误抵抗力的同时，不增加其他类型错误的发生概率。

“这真的很酷，是一个很好的进步，当然也还存在很多挑战。”Christian Andersen 表示。

Zaki Leghtas 团队和量子计算初创公司 Alice & Bob 此次的研究成果，是量子计算领域的一个重大进展。尽管挑战依旧存在，但它仍为未来构建更可靠、更强大的量子计算机提供了新的可能性。

参考资料：

1、https://www.newscientist.com/article/2429855-how-schrodingers-cat-could-make-quantum-computers-work-better/

2、https://www.nature.com/articles/s41586-024-07294-3