提升量子计算机性能的新方法

量子计算的概念是在 1980 年代初引入的。这个想法是使用量子位（可以处于叠加态的量子位）而不是二进制位来以极快的速度安全地执行计算。

三年后，量子计算领域仍处于起步阶段。尽管已经进行了数百次在少量量子位上执行量子计算的测试。

量子计算机预计将比当今的超级计算机快几百万倍，它们有可能彻底改变金融、国防、信息技术和医药行业。他们利用原子的行为以极快的速度执行极其复杂的任务。

然而，它们确实有一些限制。它们极易出错，需要稳定性来维持运营。通常，它们不能正常运行并产生不良结果。全世界的研究人员仍然无法实现在任何任务上都优于传统计算机的量子机器。

当前量子计算机的主要问题是“噪音”——由振动、温度和声音引起的干扰。它会产生退相干，这可以通过破坏量子状态的持续时间使量子位不稳定。这减少了量子机器准确执行任务的时间（没有错误）。

退相干太多的量子机器是没有用的。如果你能解决这个问题，你就能达到让量子计算变得比传统计算机更实用、更高效的地步。

最近，南加州大学的研究人员揭示了一种提高量子计算性能的理论方法。它通过最大限度地减少错误计算同时提高结果的保真度来解决当前量子计算机的弱点。该方法被称为动态解耦（DD），它适用于两台量子计算机。

DD 的开发是为了通过向系统施加脉冲来抑制退相干，这在瞬态扰动理论中将系统和环境之间的相互作用取消到给定的顺序。总体而言，它不需要编码开销，通过将量子门转换为去耦脉冲来工作。

参考：物理评论快报 | doi:10.1103/PhysRevLett.121.220502 |南加州大学

这些测试的时间序列非常小：在 0.6 微秒内记录了 200 个脉冲。

研究人员在 2 台量子计算机上测试了 DD——IBM 的 16-qubit QX5 和 Rigetti 的 19-qubit Acorn——他们发现它比其他方法更容易、更可靠。适合在现有的小型云端量子计算机上实现。

8-qubit 量子处理器 |图片来源：Rigetti Computing

该方法可以在一定程度上保护纠缠的双量子位态。不同的动态去耦序列可以减轻移相误差和自发发射误差。与之前的研究不同，他们没有使用量子纠错码，因此在对抗自然退相干的保真度方面取得了非凡的进步。

IBM QX5 的最终保真度从 28.9% 跃升至 88.4%，而 Rigetti 的 Acron 则从 59.8% 提高至 77.1%。研究人员还发现，在 Rigetti 量子计算机中，更多的优势总是能够提高保真度以维持更长的持续时间，而对于 IBM 计算机，大约有 100 个脉冲的限制。

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总体而言，研究表明动态解耦机制的效果远优于现有的量子纠错技术。

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