容错量子计算的一线曙光


从我学习研究量子信息科学与量子计算的那天开始,我就无数次被问到,哪一天量子计算机才能变为现实。我也无数次的问自己,存在实现量子计算机的时间表么? 如果真有时间表,那么关键的时间节点是什么,我应该如何准备才能在其中做出自己的贡献。自我审问无数次,我都没有肯定的结论。随着学习的深入,以及量子信 息科学的发展的深入,我发现遇到的问题越来越多,实现实用的量子计算遥遥无期,是十年,二十年,还是三十年,或者五十年,我不知道。

最近,我逐渐意 识到,之所以没有信心,是因为我们还没有实验室证明容错量子计算的可行性。或者说,我们还没有做出一个存储时间任意长时间的量子比特。容错量子计算理论告 诉我们,要得到一个存储时间任意长的逻辑量子比特,需要至少五个物理量子比特。他们的相干时间比上量子逻辑门的运算特征时间要足够大(100以上),量子 逻辑门的错误率要足够小(最多不能超过1%)。在实验上做出可容错的量子信息处理芯片将会是量子计算从实验室走向实用的起点。所谓的实现量子计算机的时间 表,也只有在此之后才有意义。如果科学家无法证明容错量子计算的可行,那么政府或者其他大资本是不可能投入巨量的支持,让工程师是接过科学家的接力棒,把 量子计算机集成的量子比特数推向极限,从而实现实用的量子计算机的。

美国加州大学圣巴巴拉分校的马丁内斯组最近做了一个实验, 初步达到了基于surface code量子纠错方案所需要的实验条件。他们集成了5个超导量子比特,验证了完成单量子比特逻辑门的保真度超过99.9%,双量子比特逻辑门的保真度 99.4%。他们认为,验证容错量子计算理论应该不存在技术上的困难了。我们中国在量子信息科学领域有多年的积累,应该在这个方向上积累技术,争取早日做 出突破。在这样一个关键的时间节点,作为研究量子信息与量子计算的理论学者,我又可以做些什么呢?

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One Comment

  1. “容错量子计算理论告 诉我们,要得到一个存储时间任意长的逻辑量子比特,需要至少五个物理量子比特。他们的相干时间比上量子逻辑门的运算特征时间要足够大(100以上),量子 逻辑门的错误率要足够小(最多不能超过1%)。”

    the following is a very rough analogy and guess :

    individual brain as a quantum system, 相干时间=30 years, between college graduation and retirement;

    量子逻辑门的运算特征时间: we use social system’s 特征时间

    world: since war war II, 30 years between major events?

    china: <30 years between major events?

    individual brain is too "weak", not be able to stay in 相干 state across those major system events, and see and comprehend "patterns of those event ";

    social system as a whole, with constantly new individuals flowing in, survives and grows

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