科技日報記者 張佳欣
澳大利亞新南威爾士大學(xué)工程師成功演示了一個基于量子力學(xué)的“銻貓”實驗，為執(zhí)行量子計算提供了一種全新方法。這種方法更穩(wěn)健，為解決量子計算領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一——糾錯帶來了重要突破。該成果發(fā)表在最新一期《自然·物理學(xué)》雜志上。
這個思想實驗借鑒了“薛定諤的貓”的概念，即一只生死取決于放射性原子衰變的貓。根據(jù)量子力學(xué)原理，除非直接觀察該原子，否則必須認為它處于疊加態(tài)，即同時處于衰變和未衰變雙重狀態(tài)。這導(dǎo)致了一個令人困擾的結(jié)論：貓?zhí)幱诩人烙只畹寞B加態(tài)。于是，科學(xué)家用“薛定諤的貓”來比喻相差很大的量子態(tài)的疊加。
如果用自旋來描述量子比特，則可將“自旋向下”作為“0”態(tài)，將“自旋向上”作“1”態(tài)。但是，如果自旋方向突然改變，就會立即遇到邏輯錯誤：“0”變成“1”，或者反之，只是一瞬間的事。這就是為什么量子信息如此脆弱的原因。
不過，此次實驗對象是銻原子而非貓。研究團隊用銻原子的自旋方向來編碼量子信息。銻原子具有8個不同的自旋方向，這使得其量子態(tài)的疊加比傳統(tǒng)量子比特更為復(fù)雜。銻自旋在相反方向上的疊加態(tài)不僅僅是“1”和“0”的疊加，因為疊加態(tài)的兩個分支之間存在多個量子態(tài)。
這種特性就使得銻自旋方向突然改變時，不會導(dǎo)致邏輯錯誤立即發(fā)生。即使出現(xiàn)單個錯誤，也不會立即擾亂量子信息，這為量子計算提供了更高的容錯性。
研究領(lǐng)導(dǎo)者、新南威爾士大學(xué)教授安德烈亞·莫雷洛解釋道，俗話說貓有9條命，而在他們的研究中，銻原子就像有7條命的貓，需要連續(xù)出現(xiàn)7個錯誤才會將“0”變成“1”。
此外，研究團隊還將銻原子嵌入在硅量子芯片中，實現(xiàn)了對量子態(tài)的精確控制。從長遠來看，該技術(shù)還能使用與制造計算機芯片類似的方法來擴展生產(chǎn)。
