多种技术被用于纠正量子计算机中的错误。然而，不同的纠错码在所有类型的操作中表现并不相同。为了应对这一挑战，因斯布鲁克大学的一个研究小组与亚琛工业大学和于利希研究中心的研究人员合作，开发了一种新方法，并成功地首次实施了该方法。这种创新方法使量子计算机能够在两种纠错码之间切换，确保所有计算任务都能免受错误的影响。
与所有计算机一样，量子计算机也可能会出现错误。通常，这些错误通过各种技术解决方案得到缓解，或在计算过程中被检测并纠正。量子计算中的挑战更加复杂，因为无法复制未知的量子态。这意味着在计算过程中无法进行复制，导致通过比较多个副本来识别错误变得具有挑战性。受到经典计算的启发，量子物理学开发了一种将量子信息分布在多个纠缠量子位上的方法，以确保冗余。这一方法依赖于称为纠错码的概念来定义其具体特征。
在2022年，由因斯布鲁克大学实验物理系的托马斯·蒙茨领导的一个团队，以及亚琛工业大学的量子信息系的马尔库斯·穆勒和于利希研究中心的彼得·格伦伯格研究所的研究人员取得了重大突破。他们展示了一组针对容错量子位的通用操作，揭示了如何设计量子算法以高效纠正错误。然而，不同的量子纠错码带来了各自独特的挑战。有一个定理指出，单一的纠错码无法轻松管理所需的所有门操作，以实现对逻辑量子位的灵活计算，同时仍需确保错误保护。
使用不同纠错码实现量子门
为了解决这个问题，马尔库斯·穆勒的团队开发了一种技术，使量子计算机能够在保持容错性的情况下无缝切换两种纠错码。“这一功能帮助量子系统在遇到使用第一种码难以实现的逻辑门时切换到第二种码。这种适应性简化了实现计算所需的所有基本门的过程，”穆勒团队的博士生弗里德里克·布特解释道。她负责为实验设计量子电路，并与托马斯·蒙茨的研究团队紧密合作。“我们成功实现了在离子阱量子计算机上，通过结合两种量子纠错码，完整实施了一整套量子门，”来自因斯布鲁克团队的博士生伊万·波戈列洛分享道。
“这个成就是我们与马尔库斯·穆勒团队长期以来富有成效的合作的结果，”托马斯·蒙茨指出，他从博士学习期间就认识这位理论物理学家。
这项研究的发现发表在期刊《自然物理》上。该研究得到了包括奥地利科学基金FWF、奥地利研究促进局FFG、德国DFG、巴伐利亚州政府、欧洲联盟和奥地利工业联盟提尔尔的支持。
