量子计算突破：零级魔法态蒸馏显著降低开销与噪声

量子突破：魔法态制备变得更容易、更快速、噪声更少

一种制备量子魔法态的突破性方法，可能大幅削减阻碍可扩展量子计算发展的计算开销。

几十年来，比传统计算机快数百万倍执行计算的量子计算机，一直是一个诱人却遥远的目标。然而，量子物理学的一项新突破可能刚刚加速了这个时间表。

在发表于《PRX Quantum》的一篇文章中，来自某大学工程科学研究生院和量子信息与量子生物学中心的研究人员设计了一种方法，可用于以显著更少的开销和前所未有的精度，为量子计算机制备高保真度的“魔法态”。量子计算机利用量子力学的奇妙特性，如纠缠和叠加，来执行比经典计算机高效得多的计算。这样的机器可能会在工程、金融和生物技术等不同领域催生创新。但在这一切发生之前，必须克服一个重大障碍。

“量子系统一直极其容易受到噪声的影响，”首席研究员 Tomohiro Itogawa 说。“温度的最轻微扰动，或者来自外部源的单个杂散光子，都可能轻易破坏量子计算机的装置，使其变得无用。噪声绝对是量子计算机的头号敌人。”

因此，科学家们对构建所谓的容错量子计算机非常感兴趣，这类计算机足够稳健，即使在受到噪声干扰时也能继续准确计算。魔法态蒸馏是一种流行的方法，它从许多有噪声的量子态中制备出一个单一的高保真量子态，用于创建这样的系统。但有一个问题。

“魔法态的蒸馏传统上是一个计算成本非常高的过程，因为它需要许多量子比特，”资深作者 Keisuke Fujii 解释道。“我们想探索是否有任何方法可以加速量子计算所必需的高保真态的制备。”

遵循这一研究方向，该团队受到启发，创建了一种魔法态蒸馏的“零级”版本。在这种方法中，容错电路是在物理量子比特或“零级”层面开发的，而不是在更高、更抽象的层面。与传统的版本相比，这种新方法除了需要更少的量子比特外，在数值模拟中还导致空间和时间开销减少了大约几十倍。

Itogawa 和 Fujii 乐观地认为，量子计算的时代并不像我们想象的那么遥远。无论称其为魔法还是物理，这项技术无疑标志着朝着开发能够抵御噪声的大规模量子计算机迈出了重要一步。