Honeywell量子團隊成功實現單一即時檢測和量子糾錯

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa & May 發表於 2021年7月23日

圖、Honeywell量子團隊成功實現單一即時檢測和量子糾錯

Honeywell 量子解決方案（Honeywell Quantum Solutions）團隊表示成功實現了即時進行量子糾錯（Quantum Error Correction），這是朝離子阱（Ion Trap）技術實現大規模量子運算邁出的重要一步。

該團隊提到，量子糾錯（QEC）對於在量子電腦上即時檢測和糾正錯誤是必要的。目前，大多數的量子糾錯方法是在程式運行結束後修正錯誤或「噪音」，這種技術被稱為後期處理（post-processing）。

由於量子電腦設備極其敏感，環境中的微小變化都會影響到運算而產生錯誤。Honeywell 量子解決方案總裁 Tony Uttley 表示，能夠即時糾正這些錯誤是一大進步。

Tony Uttley 表示，量子技術仍處於早期階段，必須對抗運算過程中積累的錯誤，而 Honeywell 團隊在量子電腦即時糾錯不再只是理論，將為實現精確的量子運算能力鋪路。

Honeywell 的研究成果發表在本月（2021.7）論文預印網站 arXiv上。論文中，研究人員描述了他們如何創建一個單一的邏輯量子位元（一系列糾纏的物理量子位元）並應用多輪的量子糾錯。這個邏輯量子位元受到保護，不受量子電腦中發生的兩種主要錯誤 - 位元翻轉（Bit-Flip）和相位翻轉（Phase-Flip）- 影響。

這種「保護」量子資訊、防止量子運算被不完善和噪音破壞的能力，在 Honeywell 的量子電腦 System Model H1 上得到了證明。

谷歌（Google）、IBM、蘇黎世聯邦理工學院（ETH）等企業和機構的團隊都有發表量子糾錯相關研究。但根據 Honeywell的說法，他們已經研究了能糾正單一類型錯誤（位或相位，但不能同時糾正兩者）的代碼。 而其他團隊研究了量子錯誤檢測代碼，可以檢測兩種類型的錯誤，但不能糾正錯誤。

認同Honeywell該項成就，重要的是要了解檢測並糾正量子錯誤是多麼困難。

開發邏輯量子位元（Logical Qubits）的重要性

量子位元脆弱且易變的。它們會接收來自環境的干擾或「噪音」。這種噪音會導致錯誤積累，並破壞存儲在物理量子位元中和之間的信息，科學家將此稱為「退相干」（decoherence）。試圖直接檢測和糾正物理量子位元上錯誤也會破壞其量子性。而經典運算中常見的複製數據，因為涉及到對信息進行多個精確的複製，但在量子中是行不通的。

為了克服這些問題，一些科學家，包括 Peter Shor、Robert Calderbank 和 Andrew Steane，在研究了量子位元經歷退相干的速度之後，至少在理論上找到了解決方法。他們證明，透過將信息儲存在糾纏的量子位元的集合中，有可能在不破壞量子信息的情況下檢測和糾正錯誤，並將糾纏的量子位元的組合稱為邏輯量子位元。科學家們已經花了多年時間來開發可應用於邏輯量子位元的程式和方法，以確保量子信息不出錯。

Honeywell 量子解決方案和劍橋量子公司合併

Honeywell 表示未來還有更多的工作要做。因為創建邏輯量子位元和應用量子糾錯也會增加系統的噪音，研究人員現在正在努力跨越邏輯錯誤率小於物理錯誤率的平衡點。之後，研究人員將致力於製造多個邏輯量子位元，這通常需要更好的保真度、更多的物理量子位元以及量子位元之間更好的連接，難度更高。但 Honeywell 團隊的最終目標是創造一個新時代的容錯量子電腦，即使遇到一些操作失敗也能繼續運作。

最近，Honeywell 量子解決方案和劍橋量子公司（Cambridge Quantum）宣布成立合資公司，合併兩家公司的量子業務後，有機會成為全球最大的量子公司。(1087字；圖1)

參考資料：
Honeywell Quantum Solutions Says It Can Now Detect and Correct Quantum Errors in Real Time. The Quantum Daily, 2021/7/18.
Quantum Milestone: We Can Now Detect and Correct Quantum Errors in Real Time. Honeywell, 2021/7.

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