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中國航空報訊：量子計算機和其他量子系統(tǒng)經(jīng)歷了信息傳播和快速擾亂，類似于在Boggle游戲中骰子變得混亂的方式。這發(fā)生在系統(tǒng)的基本單元，即所謂的量子比特（與經(jīng)典計算機比特相似，但具有量子性質），彼此糾纏在一起。糾纏是一種量子物理學現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，粒子變得相互聯(lián)系，并保持聯(lián)系，即使它們沒有直接接觸。

這些量子系統(tǒng)模仿自然過程，為科學家們提供了創(chuàng)新和獨特材料的機會，并有可能在醫(yī)學、計算機電子學和其他行業(yè)得到應用。盡管全面的量子計算機還遠在未來，但研究人員目前正在進行量子模擬器的實驗，這些模擬器是專門為解決特定問題而設計的，如有效模擬高溫超導體和其他量子材料。這些機器也有可能解決復雜的問題，如防止自主車輛行進中的碰撞。

使用這些量子機器的一個挑戰(zhàn)是，它們非常容易出錯，比經(jīng)典計算機更容易出錯。在這些較新的系統(tǒng)中識別錯誤也更難。“在大多數(shù)情況下，量子計算機會犯很多錯誤，”加州理工學院物理學研究生Shaw說。他是《自然》雜志上一項關于驗證量子設備準確性的新方法的主要作者之一。“你不能打開機器看里面，而且有大量的信息被存儲——對于經(jīng)典計算機來說，這些信息太多，無法解釋和驗證?！?/p>

在《自然》雜志的研究中，Shaw和共同第一作者Joonhee Choi（斯坦福大學的教授）展示了一種新的方法來測量量子設備的準確性，也被稱為保真度。兩位研究人員都在加州理工學院物理學教授、羅森伯格學者曼努埃爾·恩德雷斯的實驗室工作。他們的新策略的關鍵是隨機性?？茖W家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并描述了一種新發(fā)現(xiàn)的隨機性，與信息在量子系統(tǒng)中被擾亂的方式有關。但是，即使量子行為是隨機的，在噪聲中也可以識別出普遍的統(tǒng)計模式。

“我們有興趣更好地了解信息被擾亂時發(fā)生了什么，”Choi說，“而通過用統(tǒng)計學來分析這種行為，我們可以尋找模式中的偏差，這些偏差表明已經(jīng)發(fā)生了錯誤?！?/p>

“我們不希望只是從我們的量子機器中得到一個結果，我們希望得到一個經(jīng)過驗證的結果，”恩德雷斯說，“由于量子混沌，一個微觀的錯誤會導致一個完全不同的宏觀結果，與蝴蝶效應相當類似。這使我們能夠有效地檢測錯誤?！?/p>

研究人員在一個有多達25個量子比特的量子模擬器上演示了他們的研究。為了發(fā)現(xiàn)是否發(fā)生了錯誤，他們對系統(tǒng)的行為進行了數(shù)千次的測量，直至單量子位水平。通過觀察量子比特如何隨時間演變，研究人員可以在看似隨機的行為中找出模式，然后尋找與他們預期的偏差。最終，通過發(fā)現(xiàn)錯誤，研究人員將知道如何以及何時來修復它們。

“我們可以追蹤信息如何以單量子比特的分辨率在系統(tǒng)中移動，”Choi說，“我們能做到這一點的原因是，我們還發(fā)現(xiàn)，這種隨機性，就是自然發(fā)生的，只在一個量子比特的水平上表示。你可以在系統(tǒng)的子部分看到普遍的隨機模式?！?/p>

Shaw將他們的工作比作測量湖面上波浪的洶涌程度?！叭绻酗L來，你會在湖面上得到波峰和波谷，雖然它可能看起來是隨機的，但人們可以在隨機性中找出一種模式，并跟蹤風對水的影響。我們將能夠通過分析模式的變化來判斷風向是否改變。我們的新方法同樣允許我們尋找量子系統(tǒng)的變化，這將表明有誤差?！?/p>

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