DeepTalk深言堂

8月12日，在深蘭科學(xué)院的“愛因斯坦”會議室舉行了一場以量子計算為主題的講座，就近年備受關(guān)注的量子計算機(jī)為何遲遲沒有面市，進(jìn)行了闡釋，并指出其中最主要的瓶頸在于難以糾正計算誤差。但鑒于講座的內(nèi)容較為專業(yè)，講師又對當(dāng)天內(nèi)容進(jìn)行了梳理，以盡量通俗的語句進(jìn)行了再次解讀。

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量子計算再解讀

盡管學(xué)術(shù)和工業(yè)界在共同努力，但實用量子計算仍然是難以實現(xiàn)的目標(biāo)，一個重要的原因是難以對量子比特（qubit）執(zhí)行糾錯。針對經(jīng)典比特的公認(rèn)糾錯協(xié)議是存在的，而且效果也得到認(rèn)同。由于諸如無克隆定理和基態(tài)的量子疊加之類的量子效應(yīng)，對量子系統(tǒng)進(jìn)行類似的操作通常要復(fù)雜得多。

在量子計算中，與傳統(tǒng)計算一樣，信息是以比特編碼的。量子計算比特簡稱量子比特。量子比特存在于兩種量子態(tài)之一中，通常表示為零和一，這與經(jīng)典位的情況相同。但是，與經(jīng)典情況截然不同的是，量子比特可以形成線性疊加以產(chǎn)生疊加量子態(tài)。實際上，任何任意的（二能級系統(tǒng)）量子態(tài)都由具有固定系數(shù)的零和一態(tài)的一個的疊加組成。量子態(tài)的這種獨特特性是量子計算的基礎(chǔ)。

薛定諤的貓：量子疊加照成的其中一個奇特現(xiàn)象

為了從量子狀態(tài)中獲得有用的信息，必須進(jìn)行測量。此過程會使疊加態(tài)產(chǎn)生波函數(shù)坍縮，以產(chǎn)生位值的度量，該值是結(jié)果為零或一的概率的平方。為了計算的目的，這種情況不理想。

在實際的量子計算中，通常通過輔助量子比特來進(jìn)行測量，其功能是讀出量子比特的值而同時不破壞它們之間的固有疊加關(guān)系。使用輔助比特來讀出量子比特值的必要性不可避免地增加了任何量子計算系統(tǒng)的復(fù)雜性，并同時增加了實現(xiàn)實用量子計算機(jī)的難度。

經(jīng)典比特和量子比特的比較

在量子計算中，錯誤通常發(fā)生在單個比特的層面上�，F(xiàn)有的量子比特糾正方式也多在于糾正單個量子比特的錯誤。兩種常見的量子比特錯誤是比特翻轉(zhuǎn)和相位翻轉(zhuǎn)錯誤。當(dāng)量子比特的態(tài)與該處于的態(tài)不同（“翻轉(zhuǎn)”）時，即發(fā)生位翻轉(zhuǎn)錯誤。比如說，當(dāng)測量某個實際應(yīng)處于一態(tài)的比特時，測量會反饋量子比特處于零態(tài)的結(jié)果，反之亦然。這種錯誤也發(fā)生在經(jīng)典比特中。

相位翻轉(zhuǎn)誤差是一種誤差類型，它是量子計算特有的，并可以將其起源追溯到疊加原理�；�本量子態(tài)之間的線性疊加意味著基本態(tài)之間相對符號的固定；當(dāng)兩個基底態(tài)之間的所測量到的符號與正確的符號不同時，即發(fā)生了相位翻轉(zhuǎn)誤差（基底態(tài)之間的相對符號與量子態(tài)之間的相位因子中的指數(shù)符號之間的差相對應(yīng)）。