悉尼大學首次實現GKP量子糾錯碼，量子計算硬件需求大幅降低

澳大利亞悉尼大學納米研究所的研究團隊在量子計算領域取得重要突破。該團隊採用戈特斯曼-基塔耶夫-普雷斯基爾碼作爲量子糾錯編碼方案，成功展示了GKP量子比特的通用邏輯門集。這一成果標誌着量子計算技術在實際應用方面邁出關鍵性一步。

構建大規模量子計算機面臨的核心挑戰在於量子比特運算中的錯誤控制。傳統方法通過"邏輯量子比特"來抑制錯誤，但這種方式需要消耗大量物理量子比特作爲代價。隨着系統規模的擴大，硬件需求呈現指數級增長趨勢，形成嚴峻的工程技術難題。

GKP碼提供了一種創新的解決方案。這種編碼技術能夠將連續、平滑的量子振盪轉換爲清晰的離散狀態，使錯誤識別和修正變得更加容易。與此同時，該編碼方式以更緊湊的形式對邏輯量子比特進行編碼，顯著降低了系統的硬件要求。

長期以來，GKP碼由於其複雜性而難以在實驗中實現操控，僅停留在理論研究層面。此次研究首次將這一理論轉化爲現實應用。研究團隊在三組獨立實驗中取得成功，利用保羅陷阱和室溫激光陣列技術囚禁並操控單個鐿離子。

據悉，研究人員將帶電原子的自然振盪用於存儲GKP碼，並首次實現了邏輯量子比特之間的糾纏邏輯門。邏輯門作爲信息開關的關鍵組件，使量子計算機能夠執行邏輯運算。量子邏輯門通過量子比特間的糾纏機制運行，構成量子計算機強大潛力的基礎。

該成果的實現得益於新開發的量子控制軟件。這款軟件基於物理模型設計邏輯門，在處理信息過程中儘可能減少對GKP碼的擾動，從而保持其精細結構的完整性。研究團隊通過精確控制捕獲離子的諧波運動，成功彌合了GKP量子比特編碼的複雜性。

這項研究證明了GKP糾錯碼在緩解量子計算機資源開銷方面的物理可行性。研究結果表明，未來量子計算機在硬件規模和運行效率之間有望找到新的平衡點，加速其從實驗室環境向實用化應用的轉變進程。相關研究成果已發表在新一期《自然·物理學》雜誌上。

本文源自：金融界

作者：觀察君