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中國航空?qǐng)?bào)訊：量子計(jì)算機(jī)和其他量子系統(tǒng)經(jīng)歷了信息傳播和快速擾亂，類似于在Boggle游戲中骰子變得混亂的方式。這發(fā)生在系統(tǒng)的基本單元，即所謂的量子比特（與經(jīng)典計(jì)算機(jī)比特相似，但具有量子性質(zhì)），彼此糾纏在一起。糾纏是一種量子物理學(xué)現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，粒子變得相互聯(lián)系，并保持聯(lián)系，即使它們沒有直接接觸。

這些量子系統(tǒng)模仿自然過程，為科學(xué)家們提供了創(chuàng)新和獨(dú)特材料的機(jī)會(huì)，并有可能在醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)電子學(xué)和其他行業(yè)得到應(yīng)用。盡管全面的量子計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)在未來，但研究人員目前正在進(jìn)行量子模擬器的實(shí)驗(yàn)，這些模擬器是專門為解決特定問題而設(shè)計(jì)的，如有效模擬高溫超導(dǎo)體和其他量子材料。這些機(jī)器也有可能解決復(fù)雜的問題，如防止自主車輛行進(jìn)中的碰撞。

使用這些量子機(jī)器的一個(gè)挑戰(zhàn)是，它們非常容易出錯(cuò)，比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更容易出錯(cuò)。在這些較新的系統(tǒng)中識(shí)別錯(cuò)誤也更難。“在大多數(shù)情況下，量子計(jì)算機(jī)會(huì)犯很多錯(cuò)誤，”加州理工學(xué)院物理學(xué)研究生Shaw說。他是《自然》雜志上一項(xiàng)關(guān)于驗(yàn)證量子設(shè)備準(zhǔn)確性的新方法的主要作者之一。“你不能打開機(jī)器看里面，而且有大量的信息被存儲(chǔ)——對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)來說，這些信息太多，無法解釋和驗(yàn)證。”

在《自然》雜志的研究中，Shaw和共同第一作者Joonhee Choi（斯坦福大學(xué)的教授）展示了一種新的方法來測量量子設(shè)備的準(zhǔn)確性，也被稱為保真度。兩位研究人員都在加州理工學(xué)院物理學(xué)教授、羅森伯格學(xué)者曼努埃爾·恩德雷斯的實(shí)驗(yàn)室工作。他們的新策略的關(guān)鍵是隨機(jī)性。科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并描述了一種新發(fā)現(xiàn)的隨機(jī)性，與信息在量子系統(tǒng)中被擾亂的方式有關(guān)。但是，即使量子行為是隨機(jī)的，在噪聲中也可以識(shí)別出普遍的統(tǒng)計(jì)模式。

“我們有興趣更好地了解信息被擾亂時(shí)發(fā)生了什么，”Choi說，“而通過用統(tǒng)計(jì)學(xué)來分析這種行為，我們可以尋找模式中的偏差，這些偏差表明已經(jīng)發(fā)生了錯(cuò)誤。”

“我們不希望只是從我們的量子機(jī)器中得到一個(gè)結(jié)果，我們希望得到一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的結(jié)果，”恩德雷斯說，“由于量子混沌，一個(gè)微觀的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致一個(gè)完全不同的宏觀結(jié)果，與蝴蝶效應(yīng)相當(dāng)類似。這使我們能夠有效地檢測錯(cuò)誤。”

研究人員在一個(gè)有多達(dá)25個(gè)量子比特的量子模擬器上演示了他們的研究。為了發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生了錯(cuò)誤，他們對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行了數(shù)千次的測量，直至單量子位水平。通過觀察量子比特如何隨時(shí)間演變，研究人員可以在看似隨機(jī)的行為中找出模式，然后尋找與他們預(yù)期的偏差。最終，通過發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，研究人員將知道如何以及何時(shí)來修復(fù)它們。

“我們可以追蹤信息如何以單量子比特的分辨率在系統(tǒng)中移動(dòng)，”Choi說，“我們能做到這一點(diǎn)的原因是，我們還發(fā)現(xiàn)，這種隨機(jī)性，就是自然發(fā)生的，只在一個(gè)量子比特的水平上表示。你可以在系統(tǒng)的子部分看到普遍的隨機(jī)模式。”

Shaw將他們的工作比作測量湖面上波浪的洶涌程度。“如果有風(fēng)來，你會(huì)在湖面上得到波峰和波谷，雖然它可能看起來是隨機(jī)的，但人們可以在隨機(jī)性中找出一種模式，并跟蹤風(fēng)對(duì)水的影響。我們將能夠通過分析模式的變化來判斷風(fēng)向是否改變。我們的新方法同樣允許我們尋找量子系統(tǒng)的變化，這將表明有誤差。”

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