量子计算机通往实用之路的一大障碍是纠正计算中产生的错误，人们需借助传统计算机对量子计算进行模拟验证，但这一任务极其复杂。瑞典查尔姆斯理工大学、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团队首次提出了一种新方法，能够模拟特定类型的容错量子计算，攻克了该领域长期存在的一项技术难题。相关论文发表于最新一期《物理评论快报》杂志。
图片展示了一种叠加态，它可以在所谓的连续变量量子计算机中创建。团队能够观察到这些状态相互作用时如何变化，并且能够使用波状模式来模拟这些变化。图片来源：瑞典查尔姆斯理工大学
图片展示了一种叠加态，它可以在所谓的连续变量量子计算机中创建。团队能够观察到这些状态相互作用时如何变化，并且能够使用波状模式来模拟这些变化。图片来源：瑞典查尔姆斯理工大学
限制量子计算机纠错能力的根源，来自其最基本构件量子比特。量子比特虽然拥有巨大计算潜力，但也异常脆弱。其计算能力依赖于量子叠加态的性质，量子比特可同时处于0和1的状态，以及它们之间的任意组合。这让计算能力随着量子比特数的增加呈指数级增长，但代价是系统对外界干扰极其敏感。
量子纠错代码通过将信息分散到多个子系统中，能在不破坏量子信息的前提下发现并纠正错误。其中一种方法是将一个量子比特信息编码在一个振动的量子系统中多个甚至无限个能级上，这种方式被称为玻色编码。但由于涉及多重能级，这种编码方式的模拟极其复杂。
此次的方法是一种能够模拟使用玻色编码中GKP（戈特斯曼—基塔耶夫—普雷斯基尔）编码的量子算法。这种编码方式被广泛应用于主流量子计算实现方案中。
GKP编码通过特殊方式存储量子信息，使得量子计算机更容易纠错，也因此对外界噪声不那么敏感。由于其深度量子力学的特性，GKP编码一直极难用传统计算机进行模拟。而现在，研究团队终于找到了一种独特方法，能比以前更有效地完成这项任务。
为实现这一突破，研究团队构建了一种新的数学工具，可在算法中有效引入GKP编码。借助新方法，团队能更可靠地测试和验证量子计算机的运算结果。
这项研究开启了全新的量子计算模拟路径。这意味着科学家可用传统计算机模拟具备容错能力的量子纠错代码，这是构建更可靠、更稳健量子计算机的关键一步。
