参考消息网8月6日报道 据美国《科学日报》网站7月3日报道，量子计算机能够执行复杂的计算，这得益于它们能够同时表示大量不同的状态，即所谓的量子叠加。描述这些状态的叠加极其困难。现在，一个研究团队找到了相对简单的方法来模拟相关的量子态叠加。

  量子计算机在走向实际应用的道路上仍面临重大障碍：其纠正计算错误的能力有限。为开发真正可靠的量子计算机，研究人员必须能使用传统计算机来模拟量子计算，以验证其正确性——这是至关重要但又极其艰巨的任务。如今，来自瑞典查默斯理工学院、意大利米兰大学、西班牙格拉纳达大学和日本东京大学的研究人员首次揭示了一种模拟特定类型纠错量子计算的方法，这在开发可靠量子技术的道路上迈出了重要的一步。

  量子计算机有可能解决当今任何超级计算机都无法处理的复杂问题。在可预见的未来，量子技术的计算能力有望彻底改变医学、能源、加密、人工智能和物流领域解决问题的根本方式。

  尽管前景光明，但这项技术仍面临着一个重大挑战：需要纠正量子计算中出现的错误。虽然传统计算机也会出错，但这些错误可以通过成熟的技术快速可靠地纠正，避免造成问题。相比之下，量子计算机的错误率要高得多，而且错误更难检测和纠正。量子系统仍然不具备容错能力，因此还不完全可靠。

  为了验证量子计算的准确性，研究人员使用传统计算机模拟(或模仿)其计算。因此，研究人员对模拟一种特别重要的量子计算类型很感兴趣，这种计算能够承受干扰并有效地纠正错误。然而，量子计算的巨大复杂性使得此类模拟极其困难——以至于在某些情况下，即使是世界上最好的传统超级计算机也需要耗费宇宙的年龄那么长的时间才能重现结果。

  来自查默斯理工学院、米兰大学、格拉纳达大学和东京大学的研究人员现已在全球率先提出了一种精确模拟特定量子计算的方法，这种计算特别适合纠错，但迄今为止一直难以模拟。这一突破解决了量子研究中长期存在的一个难题。

  “我们发现了一种模拟特定类型量子计算的方法，而此前的方法都不奏效。这意味着我们现在可以通过用于容错的纠错码来模拟量子计算，这对于未来构建更先进、更可靠的量子计算机至关重要。”查默斯理工学院应用量子物理学博士卡梅龙·卡尔克鲁斯这样说。由卡尔克鲁斯作为第一作者的研究报告近期发表在《物理评论快报》上。

  量子计算机纠错能力有限，这源于其基本构建模块——量子比特——拥有强大的计算能力，但也高度敏感。量子计算机的计算能力依赖于量子力学的叠加现象，就是说量子比特可以同时具有1和0的值，以及所有的中间态的任意组合。每增加一个量子比特，计算能力就会呈指数级增长，但代价是它们极易受到干扰。

  卡尔克鲁斯说：“周围环境中哪怕是最轻微的噪声，例如振动、电磁辐射或温度变化，都可能导致量子比特计算错误，甚至失去其量子态和相干性，从而失去继续计算的能力。”

  为了解决这个问题，研究人员使用纠错码将信息分布在多个子系统之间，从而能够在不破坏量子信息的情况下检测和纠正错误。一种方法是将量子比特的量子信息编码到振动量子力学系统的多个(有可能是无限多个)能级中。这被称为玻色子码。然而，由于玻色子码涉及多个能级，使用玻色子码模拟量子计算尤其具有挑战性，研究人员迄今为止一直无法使用传统计算机进行可靠的模拟。

  研究人员开发的方法包含一种能够模拟量子计算的算法，它使用一种名为戈特斯曼-基塔耶夫-普雷斯基尔(GKP)的玻色子码。这种码在先进的量子计算机中被广泛使用。

  查默斯理工学院应用量子物理学副教授、该研究的共同作者朱莉娅·费里尼说：“它存储量子信息的方式使量子计算机更容易纠错，从而降低了它们对噪声和干扰的敏感度。由于其具有显著的量子力学特性，GKP码一直以来都很难用传统计算机进行模拟。但现在我们终于找到了一种比以往方法更有效的独特方法。”

  研究人员通过创建一种新的数学工具，成功地将这种码应用于他们的算法中。得益于这种新方法，研究人员现在可以更可靠地测试和验证量子计算机的计算。

  费里尼说：“这开辟了模拟量子计算的全新方法，这些方法我们以前无法测试，但其对于构建稳定且可扩展的量子计算机至关重要。”（编译/王笛青）