DeepTalk深言堂

8月12日，在深蘭科學(xué)院的“愛因斯坦”會(huì)議室舉行了一場(chǎng)以量子計(jì)算為主題的講座，就近年備受關(guān)注的量子計(jì)算機(jī)為何遲遲沒有面市，進(jìn)行了闡釋，并指出其中最主要的瓶頸在于難以糾正計(jì)算誤差。但鑒于講座的內(nèi)容較為專業(yè)，講師又對(duì)當(dāng)天內(nèi)容進(jìn)行了梳理，以盡量通俗的語句進(jìn)行了再次解讀。

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量子計(jì)算再解讀

盡管學(xué)術(shù)和工業(yè)界在共同努力，但實(shí)用量子計(jì)算仍然是難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，一個(gè)重要的原因是難以對(duì)量子比特（qubit）執(zhí)行糾錯(cuò)。針對(duì)經(jīng)典比特的公認(rèn)糾錯(cuò)協(xié)議是存在的，而且效果也得到認(rèn)同。由于諸如無克隆定理和基態(tài)的量子疊加之類的量子效應(yīng)，對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行類似的操作通常要復(fù)雜得多。

在量子計(jì)算中，與傳統(tǒng)計(jì)算一樣，信息是以比特編碼的。量子計(jì)算比特簡(jiǎn)稱量子比特。量子比特存在于兩種量子態(tài)之一中，通常表示為零和一，這與經(jīng)典位的情況相同。但是，與經(jīng)典情況截然不同的是，量子比特可以形成線性疊加以產(chǎn)生疊加量子態(tài)。實(shí)際上，任何任意的（二能級(jí)系統(tǒng)）量子態(tài)都由具有固定系數(shù)的零和一態(tài)的一個(gè)的疊加組成。量子態(tài)的這種獨(dú)特特性是量子計(jì)算的基礎(chǔ)。

薛定諤的貓：量子疊加照成的其中一個(gè)奇特現(xiàn)象

為了從量子狀態(tài)中獲得有用的信息，必須進(jìn)行測(cè)量。此過程會(huì)使疊加態(tài)產(chǎn)生波函數(shù)坍縮，以產(chǎn)生位值的度量，該值是結(jié)果為零或一的概率的平方。為了計(jì)算的目的，這種情況不理想。

在實(shí)際的量子計(jì)算中，通常通過輔助量子比特來進(jìn)行測(cè)量，其功能是讀出量子比特的值而同時(shí)不破壞它們之間的固有疊加關(guān)系。使用輔助比特來讀出量子比特值的必要性不可避免地增加了任何量子計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜性，并同時(shí)增加了實(shí)現(xiàn)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的難度。

經(jīng)典比特和量子比特的比較

在量子計(jì)算中，錯(cuò)誤通常發(fā)生在單個(gè)比特的層面上。現(xiàn)有的量子比特糾正方式也多在于糾正單個(gè)量子比特的錯(cuò)誤。兩種常見的量子比特錯(cuò)誤是比特翻轉(zhuǎn)和相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。當(dāng)量子比特的態(tài)與該處于的態(tài)不同（“翻轉(zhuǎn)”）時(shí)，即發(fā)生位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。比如說，當(dāng)測(cè)量某個(gè)實(shí)際應(yīng)處于一態(tài)的比特時(shí)，測(cè)量會(huì)反饋量子比特處于零態(tài)的結(jié)果，反之亦然。這種錯(cuò)誤也發(fā)生在經(jīng)典比特中。

相位翻轉(zhuǎn)誤差是一種誤差類型，它是量子計(jì)算特有的，并可以將其起源追溯到疊加原理�；�本量子態(tài)之間的線性疊加意味著基本態(tài)之間相對(duì)符號(hào)的固定；當(dāng)兩個(gè)基底態(tài)之間的所測(cè)量到的符號(hào)與正確的符號(hào)不同時(shí)，即發(fā)生了相位翻轉(zhuǎn)誤差（基底態(tài)之間的相對(duì)符號(hào)與量子態(tài)之間的相位因子中的指數(shù)符號(hào)之間的差相對(duì)應(yīng)）。