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據(jù)最新一期《自然·物理學(xué)》雜志報(bào)道，澳大利亞悉尼大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出一種新型量子糾錯(cuò)方案，可大幅減少構(gòu)建大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)所需的物理量子比特?cái)?shù)量。

量子計(jì)算依托量子態(tài)的疊加和干涉效應(yīng)。然而量子態(tài)極為脆弱，任何微小的環(huán)境干擾都可能使疊加態(tài)坍縮，喪失量子優(yōu)勢(shì)。量子糾錯(cuò)技術(shù)通過(guò)將信息編碼在多個(gè)物理量子比特上，使錯(cuò)誤在不干擾運(yùn)算的情況下被檢測(cè)和糾正，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的核心環(huán)節(jié)。

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，保護(hù)量子信息所需的額外量子比特和操作數(shù)量會(huì)隨計(jì)算規(guī)?？焖僭黾?，從而使大規(guī)模量子計(jì)算難以實(shí)現(xiàn)。近期提出的“量子硬盤(pán)”設(shè)計(jì)概念，使存儲(chǔ)信息成本僅與存儲(chǔ)量成比例。

此次新研究則進(jìn)一步解決了如何在保持效率的情況下，對(duì)量子信息進(jìn)行邏輯處理的問(wèn)題。

新方案的核心在于引入“規(guī)范理論”，能夠讓量子系統(tǒng)追蹤全局活動(dòng)，而無(wú)需讓單個(gè)量子比特局部坍縮，從而保持量子信息的完整性。這一思路使量子計(jì)算在處理邏輯信息時(shí)更加穩(wěn)定高效，同時(shí)降低了對(duì)物理量子比特的需求。

新設(shè)計(jì)中，邏輯處理器系統(tǒng)與高效量子存儲(chǔ)相結(jié)合，通過(guò)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)排列信息，實(shí)現(xiàn)全局量子信息的高效監(jiān)控與處理，從而降低誤差并支持?jǐn)U展。該方案既保持了下一代量子存儲(chǔ)的效率優(yōu)勢(shì)，又增加了邏輯處理能力，為構(gòu)建大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)提供了靈活架構(gòu)。

量子糾錯(cuò)技術(shù)并非保護(hù)單個(gè)比特，而是通過(guò)多個(gè)物理量子比特協(xié)同編碼信息，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正，從而保持量子計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。隨著全球科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)加快量子計(jì)算硬件研發(fā)，不同的糾錯(cuò)策略正競(jìng)爭(zhēng)成為主導(dǎo)框架。這項(xiàng)研究提供了降低物理量子比特需求的可行路徑，有望推動(dòng)量子計(jì)算向大規(guī)模、實(shí)用化邁進(jìn)。