量子保真度的重大改进由 橡树岭国家实验室研究人员使用橡树岭领导计算机构的量子计算用户计划，通过这种错误缓解协议实现了量子保真度的重大改进。该协议只需要几个额外的门和一个额外的量子比特。图片来源：Ruslan Shaydulin/Argonne 国家实验室研究人员使用橡树岭国家实验室的量子计算用户计划 (QCUP) 来实现量子保真度的重大改进，这是朝着更准确、更可靠的量子网络和超级计算机迈出的潜在一步。量子计算依赖于通过量子比特（称为量子比特）传输和存储信息，而不是传统计算机使用的传统单值比特。与经典比特不同，量子比特使用量子力学的特性一次存储多个值，从而能够传输比其他方式更大的大量信息。该技术有望解决迄今为止困扰传统计算机的挑战，例如无法破解的加密标准，但首先科学家必须获得始终如一的准确结果。

“我们知道迄今为止可用的量子计算机可以执行经典计算机无法执行的功能，”该研究的主要作者、阿贡国家实验室的 Maria Goeppert Mayer 研究员 Ruslan Shaydulin 说。“现有量子计算机的主要问题是它们相对较高的错误率或噪声。我们如何降低错误率并提高保真度，以便我们能够获得这种计算能力来解决重大问题？我们的研究为进一步改进奠定了基础，这表明我们能够充分利用这种量子力量只是时间问题。”

Shaydulin 和时任芝加哥大学研究助理教授、现任 Menten AI 首席科学家的 Alexey Galda 进行的这项研究测试了一种降低在IBM Quantum计算机的五个量子位上运行的量子优化算法的错误率的方法网络。他们的方法依赖于测量和验证一系列量子门的对称性。

“这种算法需要完成许多操作，因此不可避免地会累积错误，”Shaydulin 说。“操作越多，错误就越多。我们希望执行尽可能多的操作，并尽量控制错误率。”

计算机上的时间由 QCUP 提供，QCUP 是橡树岭领导计算机构的一部分，该机构在全国各地的私有量子处理器上奖励时间，以支持研究项目。该程序为团队提供了不受限制的访问权限，可以根据需要执行尽可能多的计算。

“我们能够执行数百个电路并收集数百万个测量结果，”Shaydulin 说。“如果没有 QCUP 的支持，我们将无法做到这一点。”

研究人员使用量子态断层扫描，它根据相似状态的特性估计量子态的特性，以跟踪值并在完成时纠正错误。结果显示，量子态保真度提高了 23%，这是迄今为止量子问题最成功的改进之一。

“我们在这个硬件上实现了比以前更多的量子比特更大规模的验证，”Shaydulin 说。“这些结果使我们离实现量子计算机的潜力更近了一步。”

他希望在未来的实验中以这项研究的结果为基础。

“我们在最后进行了缓解，但原则上你可以在整个操作过程中进行校正，这可能会产生更好的结果，”Shaydulin 说。“该解决方案将适用于广泛的应用程序，因此很容易与其他错误缓解技术相结合，以尽可能多地从设备中提取性能。这肯定会在管道中，可能在明年内。我认为我们很快就能取得更好的成绩。”