消除量子計算中固有的噪聲是使之有效實踐的關鍵一步。

近日，阿貢研究員提交了一個減少量子信息設備中“噪聲”的新方法， 這也是對全球各地科學家應對量子計算新時代的一種挑戰。

許多當前的量子信息應用，例如在量子計算機上執行算法，都會遭受“退相干”影響，即由於這種噪聲導致的信息丟失。 退相干是量子硬件固有的。 阿貢實驗室的研究人員Matthew Otten和Stephen Gray已經開發出一種通過重複量子進程或多次重複實驗或者在略微不同的噪聲特性下按順序或是並行實驗，從而將信息從噪聲中提取出來，然後分析結果的技術。

Matt Otten（左）和Stephen Gray（右）

在收集所有運行結果後，研究人員可以建立一個超曲面，其中一個軸代表測量結果，另外兩個（或更多）軸代表不同的噪聲參數。這個超曲面可以讓研究人員估算無噪聲結果並且提供關於噪聲的信息。

這是一個“超曲面”，適用於許多實驗，噪聲參數略有不同，ɣ1和ɣ2。 黑點是具有不同噪聲率的可觀測量的測量值。 紅色“X”是無噪音的結果。 藍色，橙色和綠色表面是一階，三階和四階擬合。 （圖片：阿貢國家實驗室）

“就像拍攝一系列有缺陷的照片一樣，每張照片都有一個缺陷，但處在圖片的不同位置。 當我們從有缺陷的照片中編譯整合所有清晰的片段時，我們得到一張清晰的圖片。“Otten說。

有效採用這項技術可以不使用額外的量子硬件而達到減少量子噪聲的目的。

“你可以創建幾個小型量子計算機並且並行運行它們，”格雷說。 “結果還有助於在退相干設定之前擴展量子計算機的實用性。”

“我們成功地在Rigetti 8Q-Agave量子計算機上進行了簡單的演示，”Otten說。 “這類方法可能會在近期量子計算機中得到很多應用。”

Otten和Gray開發了一種類似上述操作、計算複雜程度較低的步驟，可以根據每次校正一個量子位來消除結果中的噪聲，以近似同時校正所有量子位的結果。 （量子比特或量子比特，在量子計算中等效於經典計算中使用的二進制數字或比特。）

“在這種方法中，我們假設每個量子比特上的噪聲可以單獨降低，這雖然在實驗上具有挑戰性，但卻會導致更簡單的數據處理問題併產生對無噪聲結果的估計，”Otten指出。

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