西媒：新技术或改写量子计算未来

　　参考消息网5月7日报道 西班牙《趣味》月刊网站4月24日发表报道，题为《一项基于薛定谔的猫的实验改写了量子计算的未来》，内容编译如下：

　　一项新实验在不重新设计硬件的情况下，将“猫态量子比特”的可靠性提高了160倍，从而在短期内拉近了与实用量子计算的距离。

　　“薛定谔的猫”不仅是科学备忘录和T恤衫上无处不在的形象，也是量子怪异性的象征。几十年来，这个在盒子里既生又死的假想生物一直是量子叠加的隐喻。但很少有人想到，这一概念原理可能成为设计更稳定、抗错性更强的量子计算机的真正基础。

　　专门从事量子计算的法国爱丽丝与鲍勃公司的一组研究人员将这一想法带到了实验室。在2025年3月发表于预印本文献库的一项新实验研究中，他们提出了一种技术，可将“猫态量子比特”的可靠性提高160倍。最引人注目的是：无需重新设计硬件，仅通过调整量子态的形状就可实现这一目标。这一成果可以明显加速容错量子计算的发展。

　　量子计算的最大障碍之一是它对环境的极端敏感性。量子比特（量子信息的基本单位）不断受到噪声源的影响，导致计算出错。在这些错误中，最常见的是比特翻转（当比特从0变为1，或反之）和相位翻转（当比特改变相位）。

　　目前大多数量子架构都需要数十或数百个物理比特来构建一个能自动纠错的逻辑比特。这种庞大的硬件“超支”使得量子系统难以扩展。因此，找到保护单个量子比特的方法成为当务之急。

　　猫态量子比特的灵感直接来源于薛定谔的猫悖论。它们不是简单地表示0或1，而是需要利用量子振荡的叠加态，即谐波振荡器的相干态。研究报告指出，猫态量子比特生活在两个相干态所定义的空间中，而这两个相干态的相位相反。

　　这种表示方法不仅新颖，而且有效，因为两个相干态之间的间隔越大，量子比特就越不容易发生比特翻转错误。但这需要权衡：这种分离也会增加相位误差，从而使平衡变得复杂。

　　这项新研究的关键创新在于一种名为“量子压缩”的技术。研究人员没有进一步扩大两个相干态之间的分离，而是促使它们变形，使它们的重叠减少，同时又不增加其能量。

　　正如研究报告所解释的那样，“压缩猫态量子比特的量子态可以减少它们在相空间中的重叠，从而指数级地抑制比特翻转错误”。这种策略有一个至关重要的优势：不会显著增加相位误差，而相位误差往往会随着传统意义上的分离的扩大而增加。

　　结果令人惊讶：对于平均光子数为4.1的稳定猫态量子比特，无比特翻转错误的时间达到22秒，而一般情况下仅为138毫秒。这相当于稳定性提高了160倍，而相位翻转的持续时间几乎相同，都是1.3微秒。

　　这不是模拟或理论模型，而是在超导电路中进行的真实实验。该架构包括两种模式：一种是高质量（低损耗）记忆模式，另一种是低质量缓冲模式，可作为稳定系统的媒介。

　　为了诱发压缩，研究人员使用了额外的参数泵，在不改变电路几何形状的情况下，诱发猫态量子比特基态的变形。正如研究报告所指出的：“这种简单而有效的技术提高了猫态量子比特的性能，而无需修改设计。”

　　此外，这种压缩技术的有效性还在运动操作过程中进行了测试，而不仅仅是在静止时。

　　这种创新对构建通用、容错的量子计算机具有直接的影响。研究人员认为，基于压缩猫态量子比特的架构可以大幅减少编码和纠错所需的比特数。

　　这项研究还设法将纠错内置于量子比特本身的设计中，并尽量减少冗余编码。也就是说，每个量子比特从一开始就更加可靠，从而更容易在不增加硬件的情况下扩展处理器。

　　此外，研究人员还指出，这项技术还可以扩展到更复杂的操作和多个比特之间的量子门，从而使这项技术更接近化学、材料模拟或人工智能领域的实际应用。

　　与其他需要从头开始重新设计量子芯片的进展不同，这项实验依靠的是对量子态的修改，而不是物理电路。也就是说，改进的是量子软件，而不是硬件。

　　这具有巨大的实用优势：可以应用于现有芯片，无需重新加工，从而加快了芯片的大规模应用和测试。正如研究报告所指出的：“这种改进无需改变电路设计，只需增加一个参数泵即可实现。”

　　尽管压缩技术在量子物理学中并不新鲜，但将其实际应用于提高猫态量子比特的稳定性却是前所未有的。而且更重要的是，这一策略确实有效：不仅减少了误差，而且是以一种可测量、可复制的方式实现的，还没有增加多少成本。（编译/文怡）