消除量子计算中固有的噪声是使之有效实践的关键一步。

近日，阿贡研究员提交了一个减少量子信息设备中“噪声”的新方法， 这也是对全球各地科学家应对量子计算新时代的一种挑战。

许多当前的量子信息应用，例如在量子计算机上执行算法，都会遭受“退相干”影响，即由于这种噪声导致的信息丢失。 退相干是量子硬件固有的。 阿贡实验室的研究人员Matthew Otten和Stephen Gray已经开发出一种通过重复量子进程或多次重复实验或者在略微不同的噪声特性下按顺序或是并行实验，从而将信息从噪声中提取出来，然后分析结果的技术。

Matt Otten（左）和Stephen Gray（右）

在收集所有运行结果后，研究人员可以建立一个超曲面，其中一个轴代表测量结果，另外两个（或更多）轴代表不同的噪声参数。这个超曲面可以让研究人员估算无噪声结果并且提供关于噪声的信息。

这是一个“超曲面”，适用于许多实验，噪声参数略有不同，ɣ1和ɣ2。 黑点是具有不同噪声率的可观测量的测量值。 红色“X”是无噪音的结果。 蓝色，橙色和绿色表面是一阶，三阶和四阶拟合。 （图片：阿贡国家实验室）

“就像拍摄一系列有缺陷的照片一样，每张照片都有一个缺陷，但处在图片的不同位置。 当我们从有缺陷的照片中编译整合所有清晰的片段时，我们得到一张清晰的图片。“Otten说。

有效采用这项技术可以不使用额外的量子硬件而达到减少量子噪声的目的。

“你可以创建几个小型量子计算机并且并行运行它们，”格雷说。 “结果还有助于在退相干设定之前扩展量子计算机的实用性。”

“我们成功地在Rigetti 8Q-Agave量子计算机上进行了简单的演示，”Otten说。 “这类方法可能会在近期量子计算机中得到很多应用。”

Otten和Gray开发了一种类似上述操作、计算复杂程度较低的步骤，可以根据每次校正一个量子位来消除结果中的噪声，以近似同时校正所有量子位的结果。 （量子比特或量子比特，在量子计算中等效于经典计算中使用的二进制数字或比特。）

“在这种方法中，我们假设每个量子比特上的噪声可以单独降低，这虽然在实验上具有挑战性，但却会导致更简单的数据处理问题并产生对无噪声结果的估计，”Otten指出。

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