新智元報道

　　來源：Nature

　　編輯：小勻

　　【新智元導讀】近日，發表于《自然》上的一篇論文顯示，耶魯大學的量子科學家制造出了會糾錯的「薛定諤的貓」。

　　很多人都聽說過「薛定諤的貓」，它的「既死又活」常常用來描述量子的疊加態。

　　把一只貓、一個裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質放進封閉的盒子里。當盒子內的監控器偵測到衰變粒子時，就會打破燒瓶，殺死這只貓。根據量子力學，在實驗進行一段時間后，貓會處于又活又死的疊加態。可是，假若實驗者觀察盒子內部，他會觀察到一只活貓或一只死貓，而不是同時處于活狀態與死狀態的貓。

　　近日，來自耶魯大學的研究人員取得了量子力學的最新突破：「糾錯貓」。

　　這不僅結合了薛定諤貓的疊加概念，還能在執行某項任務時，修正脆弱的量子位元中突然出現的一連串錯誤。

　　新研究發表在《自然》上。

　　在傳統計算機中，信息被編碼為 0 或1。在計算過程中出現的唯一錯誤是「位翻轉」（bit-flips），即某個信息位意外地從 0 翻到1，或者從 0 翻到1。糾正它的方法是建立冗余數據：使用三個“物理”位信息，以確保一個有效或準確的位。

　　相比之下，量子比特會同時受到位翻轉和“相翻轉”的影響，即在量子疊加(當兩種相反的狀態同時存在時)之間隨機翻轉。到目前為止，量子研究人員一直試圖通過增加更大的冗余來糾正錯誤，每個有效量子位都需要大量的物理量子位。

　　進入貓量子比特——以「薛定諤的貓」命名，這個著名的悖論用來說明疊加的概念。

　　「我們的工作源于一個新想法。為什么不使用一種聰明的方法在單一的物理系統中編碼信息，從而直接抑制一種類型的錯誤呢？」論文作者之一 Devoret 問道。

　　與維持一個有效量子比特所需的多個物理量子位不同，單個貓量子比特可以單獨防止相位翻轉。貓量子比特將有效的量子比特編碼為單個電子電路中的兩種狀態的疊加——在這種情況下，一個超導微波諧振器的振蕩對應于貓量子比特的兩種狀態。

　　「我們通過將微波頻率信號應用到不比傳統超導量子比特復雜多少的設備上來實現這一切。」Grimm 說。

　　研究人員表示，他們能夠根據指令，將貓量子比特從疊加態的任何一種改變為任何其他疊加態。此外，研究人員開發了一種讀取或識別編碼到量子比特中的信息的新方法。

　　Devoret 說:「這使得我們開發的系統成為一種多用途的新元件，有望在超導電路的量子計算的許多方面得到應用。」

　　參考鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-020-2587-z

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《Nature》：薛定谔的猫变身「纠错猫」！耶鲁大学最新突破的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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