這臺稀釋制冷機(jī)容納著IBM Q背后的量子計算機(jī)。IBM Q是一個基于云的平臺，研究人員和其他公司可以在這個平臺上試驗(yàn)量子計算技術(shù)。

關(guān)于量子計算的大多數(shù)流行報道給人的印象是，這項(xiàng)技術(shù)即將取得突破，這將徹底改變計算世界。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)沒有那么戲劇化。

當(dāng)然，對量子計算的研究已有數(shù)十年之久，目前正在不斷取得進(jìn)展中。但是更冷靜的評估（例如美國國家科學(xué)院、醫(yī)學(xué)院和工程院去年12月發(fā)布的報告）認(rèn)為，在短時間內(nèi)建造出能破解互聯(lián)網(wǎng)加密或執(zhí)行具有實(shí)際意義的類似量子計算的量子計算機(jī)的可能性很小。

不過，上周發(fā)表在著名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的一項(xiàng)研究結(jié)果有助于提高量子計算有朝一日變得有用的機(jī)會。論文中解釋了長期以來被視為使量子計算變得有用的關(guān)鍵之事：通過冗余降低錯誤率。

你看，在今天的量子計算機(jī)原型中，用來編碼量子比特的硬件容易產(chǎn)生各種各樣的噪音，這會使存儲的信息很快遭到破壞。這些原型因此而被稱為有噪聲的中等規(guī)模量子計算機(jī)（簡稱NISQ計算機(jī)）。到目前為止，它們除了作為研究工具之外，沒有任何實(shí)際用途。

數(shù)十年來人們都知道，特別設(shè)計的糾錯方案至少在理論上可以降低量子計算中的錯誤率。但是這些方案是基于對所涉及的噪聲特性的某些假設(shè)，而這些假設(shè)是否適用于真正的NISQ計算機(jī)尚不確定。研究人員剛剛開始探索這個問題。

上周發(fā)表的那篇論文的作者是悉尼大學(xué)的Robin Harper和同時隸屬悉尼大學(xué)及耶魯大學(xué)的Steven Flammia。他們指出一種特定的方案可以幫助降低原型量子計算機(jī)中的錯誤率。他們使用的是IBM的一臺原型量子計算機(jī)，研究人員可以通過稱為IBM’s Quantum Experience（簡稱IQX）的東西遠(yuǎn)程訪問它進(jìn)行試驗(yàn)。

他們具體是如何做的，這超出了我的理解能力。這里我盡可能地概述一下總體策略。

就像傳統(tǒng)計算一樣，量子計算中的糾錯依賴于冗余。如果沒有錯誤，就可以使用硬件提供的原始物理量子比特進(jìn)行計算。但是面對總是在一定程度上存在的噪聲，你必須將多個物理量子比特組合成一個邏輯量子比特，這樣會變得不太容易出錯。

Harper和Flammia為一個只涉及兩個邏輯量子比特的系統(tǒng)降低了錯誤率。他們使用的糾錯方案需要四個物理量子位。該方案通過兩種途徑改善了錯誤率。一種是用一個更可靠的虛擬CNOT門來代替物理電路中最大的噪聲源，也就是所謂的受控NOT門。另一種策略是檢測何時可能發(fā)生錯誤，這樣就可以在發(fā)生錯誤時將它們拋出。

試驗(yàn)結(jié)果表明，這臺機(jī)器在僅使用兩個物理量子比特進(jìn)行計算時。錯誤率從約6％降低到了約0.6％。雖然這種數(shù)量級的改進(jìn)令人印象深刻，但研究人員強(qiáng)調(diào)他們的實(shí)驗(yàn)并沒有考慮所謂的態(tài)制備和測量誤差。結(jié)果是，計算總體上仍然在一個關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)——即容錯閾值——之下。在容錯閾值之上，將允許執(zhí)行更復(fù)雜的計算，因?yàn)榧m正錯誤的速度比創(chuàng)建錯誤的速度快。

在真正的量子計算機(jī)中的實(shí)際計算何時會突破容錯閾值？目前還不清楚。然而，如果它真的發(fā)生了，它可能會首先在一個只有幾個邏輯量子比特的非常小的系統(tǒng)中進(jìn)行演示，就像在最近這篇論文所介紹的進(jìn)展所做的那樣。