量子计算机错误率通过自动信号检查降低 54%

物理学家找到了一种简单的方法，以防止量子计算机失去调谐。通过在运行计算之前添加一个诊断检查，国际研究团队将处理错误降低了 54%。这一技术发表在《应用物理评论》上，解决了现代量子工程中最大的瓶颈之一：量子位（qubits）的极端物理脆弱性。与作为标准二进制开关来处理数据的传统计算机芯片不同，量子处理器依赖于受量子物理控制的物理电路。在一项新的研究中，团队这次在芯片上测试了一个超导电路，并通过超精确的微波脉冲来引导系统。

实验在以色列量子计算中心进行，研究员 Fabrizio Berritta 从麻省理工学院远程操作硬件。

在未进行调整的测试中，团队观察到量子位操作随时间出现显著的性能波动。造成这种情况的罪魁祸首是芯片内部的微观缺陷。材料缺陷导致电路的共振频率在两个不同状态之间跳动。这一频率决定了编程处理器所需的精确微波信号。研究人员在一份新闻稿中表示：“可以将这视为一种乐器。如果乐器稍微走音，则相同的动作将不再准确地产生预期的音符。”如果频率无预警地变化，进来的脉冲将无法命中目标。

虽然电路仍然可以运行，但计算将失败。以往的实验可以识别这种变化，但在进行主动计算时无法修正。

新方法的实时反馈机制

新方法引入了实时反馈。在每次计算运行之前，系统会简要准备量子位并跟踪其行为。由于每个频率状态都有显著的标记，系统能立即识别量子位所处的通道。控制计算机随后会重新瞄准微波脉冲，以匹配该频率，然后运行逻辑门。自动调整带来了立即的稳定性。在基准测试中，量子位的平均错误率从 0.14% 降低至 0.065%。在峰值干扰期间，错误率下降了多达 77%。目前该方法仍需提前了解两种频率选项，量子位还必须在该状态下保持足够长的时间，以便调整的微波信号到达。

然而，首席研究员 Ferdinand Kuemmeth 是雷根斯堡大学及哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所的实验物理学家，他指出这一技术解决了一个迫在眉睫的工业难题。“从长远来看，随着量子材料变得越来越干净，将需要同时操作数百万个几乎完美的量子位。”Kuemmeth 教授解释道。他指出，即使是未来最纯净的芯片也将仍然包含散乱的缺陷，而他的实验室已经设计了自动化工具来检测未知的频率跳变。

未来量子计算的挑战

商用量子计算机将需要大量的量子位协同工作，且不会失去保真度。研究人员相信，通过将自我修正的反馈直接构建到硬件控制线中，未来的量子处理器最终可以在大规模下可靠运行。Kuemmeth 表示：“我坚信，在即将到来的量子计算扩展时代，我们的方法将变得非常有价值，并对量子计算机的实际计算能力产生显著影响。”

量子计算的稳定性与未来发展

量子计算的发展面临着量子位脆弱性带来的挑战，尤其是微观缺陷导致的性能波动。这项新技术通过实时反馈来改善量子位的稳定性，显示出在量子计算领域中自动化和即时调整的重要性。随着量子材料的进步，未来的量子计算机将需要同时操作大量量子位，这对于实现商业化应用至关重要。研究人员的努力不仅解决了当前的技术瓶颈，也为量子计算的长期发展奠定了基础。