量子電腦寫下 0.000015% 錯誤率新紀錄！邁向公用事業級量子運算的重要一步
長久以來，科學家一直致力於降低量子運算錯誤率。最近刊登在《APS Physical Review Letters》期刊的最新研究成果顯示，由來自牛津大學與大阪大學科學家組成的研究團隊已達成 0.000015% 有史以來最低的量子運算錯誤率，這等同於每 670 萬次運算才出現一次錯誤。前一項紀錄為每一百萬次運算出現一次錯誤，也同由同一團隊於 2014 年創下的。
量子運算錯誤（又稱為「雜訊」）若過於頻繁，會使量子電腦的輸出結果變得毫無用處。這類雜訊來自多種來源，包括控制方法的瑕疵（本質上是電腦架構與演算法的問題），以及物理定律本身。因此，研究人員投入大量心力發展量子糾錯技術。
雖然與自然法則相關的錯誤（例如 decoherence 退相干與洩漏）只能在這些法則範圍內加以抑制，但該團隊卻能夠將電腦架構與控制方法所產生的雜訊降到近乎為零的程度。這樣的成果大大減少了糾錯所需的基礎設施，為未來量子電腦朝向更小型、更快速、更高效的方向開啟了可能性。
改用「離子阱」做為量子位元，創造更多量子邏輯閘
這次實驗中的量子電腦特別採用一種客製化平台，它避開了以光子做為量子位元（qubit）的常見架構，改用「離子阱」（trapped ion）來構成量子位元。
一般量子系統多半部署依賴「量子點」（quantum dot）的超導電路，或使用俗稱「光鑷」（optical tweezer）的雷射將單一光子固定就位以做為量子位元來運行，然而該研究團隊則使用微波來固定一系列鈣 - 43 離子就位。
透過這種方法，離子被置於一種超精細的原子鐘態中。根據研究，這項技術讓研究人員能以比光子技術更高的精準度，創造出更多的「量子邏輯閘」（quantum gate，類似於電腦可執行的「量子操作」次數）。
研究人員並開發出一種演算法，可偵測並糾正用來捕獲離子之微波所產生的雜訊。藉由這些雜訊的消除，研究團隊可以用他們的系統以最低的錯誤率進行量子運算。透過這個方法，今後有可能開發出能夠幾近零錯誤地進行大規模單閘操作的更高效量子電腦。換言之，今後使用離子阱架構建造量子電腦的工程師，以及開發運行在其上演算法的開發人員，不再需要僅為了糾錯而配置那麼多的量子位元。
研究人員在聲明中指出，透過降低錯誤率，這項新方法減少了所需的量子位元數量，也降低了量子電腦本身的成本與體積。儘管仍無法解決所有雜訊問題，但這項研究仍被視為邁向實用性、公用事業級量子運算的重要一步。
（首圖來源：pixabay）
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