降低量子噪声的新方法

在最近一期物理评论A中，阿贡研究人员报告了一种减轻量子信息系统中“噪声”影响的新方法，这是全球科学家们正在努力迎接量子技术新时代的挑战。这种新方法对量子信息科学的未来具有重要意义，包括量子计算和量子传感。

许多当前的量子信息应用，例如在量子计算机上执行算法，遭受“退相干” - 由于“噪声”而导致的信息丢失，这是量子硬件固有的。Argonne的Maria Goeppert Mayer研究员Matthew Otten和美国能源部科学用户设施纳米材料中心理论与建模小组负责人Stephen Gray开发了一种新技术，可以通过以下方式恢复这些丢失的信息。重复量子过程或实验多次，具有略微不同的噪声特性，然后分析结果。

在通过顺序或并行多次运行过程收集结果后，研究人员构建了一个超曲面，其中一个轴代表测量结果，另外两个(或更多)轴代表不同的噪声参数。该超曲面产生无噪声可观测量的估计，并给出关于每个噪声率的影响的信息。

“这就像拍摄一系列有缺陷的照片，”奥滕说。“每张照片都有一个缺陷，但在图片的不同位置。当我们将有缺陷的照片中的所有透明碎片汇总在一起时，我们得到一张清晰的照片。”

应用这种技术可以有效地降低量子噪声，而无需额外的量子硬件。

“这是一种多功能技术，可以通过同时进行相同过程的单独量子系统来完成，”Otten说。

“人们可以创建几个小型量子器件并将它们并行运行，”格雷说。“使用我们的方法，可以将结果组合在超曲面上并生成近似无噪声的可观测量。结果将有助于在退相干设置之前扩展量子器件的有用性。”

“我们在Rigetti 8Q-Agave量子计算机上成功地演示了我们的方法，”Otten说。“这类方法可能会在近期量子器件中得到很多应用。”

上述研究人员的工作出现在物理评论A中，名为“恢复无噪声的量子可观察量”。

Otten和Gray也开发了一种类似且计算复杂程度较低的过程，以实现基于一次校正一个量子位的噪声降低结果，以近似同时校正所有量子位的结果。量子比特或量子比特在量子计算中等效于经典计算中使用的二进制数字或比特。

“在这种方法中，我们假设噪声可以在每个量子位上单独降低，这虽然在实验上具有挑战性，但却会导致更简单的数据处理问题并导致对无噪声结果的估计，”Otten指出。

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