美科學家設計出(chū)容易建造的量子計算機模式 (2005-03-15)
發布(bù)時間:2007-12-04
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來源:新(xīn)華(huá)
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美國科學家公布了一種較容易建造的量子計算(suàn)機新(xīn)模式。利用該(gāi)模式(shì),在目前組(zǔ)件還是第一代水平的條件下,就能生(shēng)成可靠的計算結果。研究人員說,這一模式可以不增加硬(yìng)件負荷而(ér)減少量子計算的出錯率。
美國國家標準和技術研究(jiū)所的科學家(jiā)伊曼紐爾?尼爾在3日出版(bǎn)的《自然》雜誌上發表文章說,量子計算機借助量子的狀態來(lái)表達傳統計(jì)算機的“1”、“0”或兩者皆(jiē)有(yǒu)的狀態,能完成傳統計算機無(wú)法進行的任務。儲(chǔ)存信(xìn)息的量子狀態被稱為“量子位”或者“量子比特”。量子計算機的可(kě)靠性取決於(yú)量子的狀態能否得到保持(chí)。目前,很小的外界電磁幹(gàn)擾都能破壞原先的量子態。因此,設計一種糾錯機製是建造實用量子計算機的關鍵。
按現有(yǒu)水平,建造一台容錯率在3%的量(liàng)子計算機,必須耗費大量的運算能力。尼爾在論文中提出,可以建造一個(gè)類(lèi)似金字塔的架構,將量子位相(xiàng)對簡單地(dì)組成群落,在關鍵的中(zhōng)間環節借助量子態的遠距(jù)離傳輸來實現連續糾錯。量子態的遠距離傳輸也稱為離物傳輸,指在空間的(de)不同點製備完全相同的量子(zǐ)態(tài),但不需要物理通道的過(guò)程。
尼爾的(de)論文舉例說,可以用36個量子位,經過3次操作而(ér)獲得一對準確度較高、可應用於運算的量子位。這36個量子位先分成9組,每組包含(hán)的4個(gè)量子位(wèi)經過第1次操作後分別產生1對(duì)新的量子位,也就是說共產生9對新(xīn)量子位。這9對量子位隨後又分成3組,每組中的3對量(liàng)子位經過第2次操作後分別再產生1對量子位,結果共產生3對新量子位。這3對(duì)新量子(zǐ)位經過第3次、也就是最後1次操作,最(zuì)終產生1對量子位。在3次(cì)操作中(zhōng),每次新產生的1對量子(zǐ)位分別對應1對(duì)或2對用於糾(jiū)錯的量子位。測量這些用於糾錯的量子位的值,可以檢測和糾正每次操作後新產生的量子位的錯(cuò)誤。這種架(jià)構對量(liàng)子位錯誤可以起到反複校驗和糾正的作用(yòng),從而(ér)可以保證最終(zhōng)產生的(de)金字塔“塔尖”上那對可用於實際運(yùn)算(suàn)的量子位,是構成金字塔的(de)各量子位中準(zhǔn)確度最高的(de)。
這一模式是科學家借助計算機工作站經過(guò)幾個月(yuè)的模擬之後得出(chū)的。尼爾說,量子計算的理論和實際應用還有巨大差距,相當於用古老的電子管來設計今天的超級計算機。他提出的(de)模型縮(suō)小了這一差距,使量子計算在實踐上可行。從理論上來說,它可以達到3%的容錯率,比目前科學家通常認為可接受的(de)容錯率高了幾百倍,但還必須經過大量工作才能建造出(chū)實用的量子計算(suàn)機。