科学家发明“零级”魔术态蒸馏方法，显著降低量子计算机的开销 – 电摩之家

一种制备量子魔态的突破性方法可以大幅减少阻碍可扩展量子计算的计算开销。

几十年来，执行计算速度比传统计算机快数百万倍的量子计算机一直是一个诱人但遥远的目标。然而，量子物理学的新突破可能只是加快了时间线。

在发表在 PRX Quantum 上的一篇文章中，来自大阪大学工程科学研究生院和量子信息与量子生物学中心的研究人员设计了一种可用于准备高保真“魔术态”的方法，用于量子计算机，开销大大降低，精度前所未有。

量子计算机利用量子力学的奇妙特性，如纠缠和叠加，比经典计算机更有效地执行计算。这种机器可以促进工程、金融和生物技术等不同领域的创新。但在这发生之前，必须克服一个重大障碍。

“量子系统一直极易受到噪声的影响，”首席研究员 Tomohiro Itogawa 说。“即使是最轻微的温度扰动或来自外部源的单个任性光子也很容易破坏量子计算机设置，使其毫无用处。噪声绝对是量子计算机的头号敌人。

因此，科学家们对构建所谓的容错量子计算机非常感兴趣，这些计算机足够强大，即使在受到噪声影响时也能继续准确计算。魔术态蒸馏，即从许多嘈杂的量子态中制备出单个高保真量子态，是创建此类系统的一种流行方法。但有一个问题。

“魔态的蒸馏传统上是一个非常计算成本高昂的过程，因为它需要许多量子比特，”资深作者 Keisuke Fujii 解释说。“我们想探索是否有任何方法可以加快量子计算所需的高保真态的准备。”

沿着这条研究路线，该团队受到启发，创建了一个“零级”版本的魔术态蒸馏，其中容错电路在物理量子比特或“零”级开发，而不是更高、更抽象的级别。除了需要更少的量子比特外，这种新方法还导致与传统版本的数值模拟相比，空间和时间开销减少了大约几十倍。

Itogawa 和 Fujii 乐观地认为，量子计算时代并不像我们想象的那么遥远。无论将其称为魔法还是物理学，这项技术无疑标志着朝着开发能够承受噪声的更大规模量子计算机迈出了重要一步。