动态解耦：提升量子计算机性能的突破

量子计算概念始于1980年代初。核心思想用量子比特（可处于叠加态的qubits）替代二进制位，实现安全且极快计算。

三十年后，量子计算领域仍处于起步阶段。虽在少量量子比特上执行了数百次量子计算测试。

量子计算机预期比当今超级计算机快数百万倍，有潜力彻底改变金融、国防、IT、医药行业。利用原子行为以极快速度执行极复杂任务。

但有局限性：极易出错，需稳定性维持运行。通常功能不正常、结果差。全球研究人员仍未实现量子机器在任何任务上超越传统计算机。

当前量子计算机主要问题是“噪声”——振动、温度、声音引起的干扰。产生退相干，破坏量子态持续时间使量子比特不稳定，减少量子机器无错误准确执行任务时间。

退相干过强的量子机器毫无用处。解决此问题，量子计算即可变得实用且超越传统计算机。

南加州大学研究人员近期揭示理论方法改进量子计算性能。通过最小化错误计算同时提升结果保真度，解决当前量子计算机弱点。方法称动态解耦 (DD)，在2台量子计算机上有效。

DD通过施加脉冲抑制退相干，按时变微扰理论给定阶次抵消系统-环境相互作用。总体无需编码开销，通过将量子门转换为解耦脉冲工作。

参考：Physical Review Letters | doi:10.1103/PhysRevLett.121.220502 | USC

测试时间序列极小：0.6微秒内记录200个脉冲。

研究人员在IBM 16量子比特QX5和Rigetti 19量子比特Acorn上测试DD，发现比其他方法更简单可靠。适合现有小规模云量子计算机实现。

8量子比特量子处理器 | 图片来源：Rigetti Computing

方法可一定程度保护纠缠双量子比特态。不同动态解耦序列可缓解去相位和自发辐射错误。与前期研究不同，未使用量子纠错编码，在自然退相干下实现保真度显著提升。

IBM QX5最终保真度从28.9%跃升至88.4%，Rigetti Acorn从59.8%提升至77.1%。研究者还发现更多脉冲使Rigetti量子计算机保真度改善持续更久，而IBM计算机约100脉冲存在极限。

总体研究显示动态解耦机制远优于现有量子纠错技术。

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