量子研究人员制造出纠错猫

耶鲁大学的物理学家开发了一种纠错猫，这种新设备结合了薛定ding猫的叠加概念(一个同时处于两种状态的物理系统)，并具有解决量子计算中最棘手的错误的能力。

这是耶鲁大学在掌握和操纵有用的量子计算机所必需的物理学工作方面的最新突破：纠正执行任务时在易碎的量子信息比特(称为量子比特)中产生的错误流。

一项有关该发现的新研究发表在《自然》杂志上。资深作者是耶鲁大学应用物理与物理系贝纳克大学前教授Michel Devoret。该研究的共同第一作者是曾在Devoret实验室工作的博士后研究员，现在是瑞士Paul Scherrer研究所的终身职位科学家的Alexander Grimm，以及在Devoret实验室工作的研究生Nicholas Frattini。

通过实现比当今的超级计算机快几个数量级的计算，量子计算机具有将一系列行业从制药业转变为金融服务业的潜力。

由Devoret，Robert Schoelkopf和Steven Girvin领导的耶鲁大学继续以几十年的开创性量子研究为基础。耶鲁大学建造量子计算机的方法称为“电路QED”，它在超导微波谐振器中采用了微波粒子(光子)。

在传统计算机中，信息被编码为0或1。在计算过程中出现的唯一错误是“位翻转”，这是因为某些信息意外地从0翻转为1，反之亦然。纠正它的方法是建立冗余：使用三个“物理”信息位来确保一个“有效”或准确位。

相反，量子信息位-量子位-经受位翻转和“相翻转”的作用，其中，量子位在量子叠加之间随机翻转(当两个相反状态同时存在时)。

迄今为止，量子研究人员一直试图通过增加更大的冗余来纠正错误，每个有效量子位都需要大量的物理量子位。

输入猫量子位-以薛定ding的猫命名，这是著名的悖论，用来说明叠加的概念。

想法是将猫放在装有放射源和毒物的密闭盒中，如果放射性物质的原子腐烂，就会触发毒物。量子物理学的叠加理论表明，除非有人打开盒子，否则这只猫既活又死，这是状态的叠加。打开盒子观察猫会导致它突然随机改变其量子态，从而迫使它生死。

“我们的工作源自一个新想法。为什么不使用一种巧妙的方法在单个物理系统中对信息进行编码，从而直接抑制一种错误呢?” 德沃雷特问。

与维持一个有效量子位所需的多个物理量子位不同，单个猫量子位可以单独防止相位翻转。猫量子位将有效量子位编码为单个电子电路中两个状态的叠加，在这种情况下，超导微波谐振器的振荡对应于猫量子位的两个状态。

格里姆说：“我们通过将微波频率信号施加到一个比传统的超导量子比特复杂得多的设备上来实现所有这些目标。”

研究人员说，他们能够根据命令将其猫量子位从其任何叠加状态更改为任何其他叠加状态。此外，研究人员开发了一种新的方式来读取或识别编码到qubit中的信息。

Devoret说：“这使我们开发的系统成为一种多功能的新元件，有望在超导电路的量子计算的许多方面找到其用途。”

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