耶魯大學的研究人員使用一種稱為量子糾錯的過程，大大延長了量子比特的壽命 - 這是一個長期追捧的目標，也是量子物理學領域棘手的挑戰(zhàn)之一。

在耶魯大學的米歇爾·德沃雷特（Michel Devoret）的帶領下，該實驗在其理論基礎提出幾十年后證明，量子糾錯在實踐中是有效的。量子糾錯是一種過程，旨在使量子信息保持完整一段時間，比將相同的信息存儲在硬件組件中而不進行任何校正的時間更長。

研究結果于21月<>日發(fā)表在《自然》雜志上。

經典計算中的信息以對應于 100 或 <> 的位的形式出現。在量子計算中，信息存儲在具有量子特性的特殊設備中，這些設備稱為量子比特或“量子比特”。在Frederick W. Beinecke應用物理學教授Devoret的實驗室中，這些量子位是用超導電路構建的，溫度比外太空低<>倍。每個量子比特可以表示一個 <> 或 <>，或者 - 令人困惑的是 - 同時表示 <> 和 <>。這種“量子并行性”是使量子計算機能夠進行計算的特性之一，這些計算可能比經典超級計算機上快幾個數量級，并改變多個行業(yè)。

然而，量子系統(tǒng)是脆弱的。它們受到退相干的基本現象的困擾，在這個過程中，存儲在量子比特中的信息由于與周圍環(huán)境的相互作用而迅速失去其量子特性。

理論上在1995年發(fā)現的量子糾錯提供了一種對抗這種退相干的方法。采用冗余，它通過將信息的量子比特編碼到一個系統(tǒng)中來保護信息的量子比特，該系統(tǒng)原則上比表示單個量子比特所需的容量更大。

然而，這個更大的系統(tǒng)使周圍環(huán)境的影響更具侵入性，編碼的量子比特更加脆弱。由于這種效應，以及執(zhí)行糾錯所需的附加組件的復雜性，這個過程在實踐中從未能夠明確延長量子比特的壽命。事實上，研究人員說，僅僅用一個未校正的量子比特來收支平衡是罕見的事件。與理論承諾相反，在大多數實驗中，糾錯加速了量子信息的退相干。

“我們次表明，使系統(tǒng)更加冗余并積極檢測和糾正量子錯誤提供了量子信息彈性的收益，”Devoret說?！拔覀兊膶嶒灡砻鳎孔蛹m錯是一種真正實用的工具。這不僅僅是一個原理驗證演示。

Devoret的小組已經成功地將量子信息的壽命延長了一倍以上。他們的糾錯量子比特存活了1.8毫秒 - 事情在量子領域發(fā)生得很快。

他們使用2001年發(fā)明的糾錯碼實現了他們的結果?！八屇愀杏X到理論建議和我們領域實際實現之間的延遲，”德沃雷特說。

該論文的作者Volodymyr Sivak表示，這種性能部分是通過使用機器學習代理來實現的，該代理調整了糾錯過程以改善結果。

“沒有單一的突破能夠實現這一結果，”Sivak說，他是Devoret實驗室的前博士生，現在是谷歌的研究科學家?！斑@實際上是過去幾年開發(fā)的一大堆不同技術的組合，我們在這次實驗中結合了這些技術。

量子計算的實際成功將取決于能夠使用量子糾錯創(chuàng)建極高質量的量子比特?！拔覀兊膶嶒烌炞C了量子計算的基石假設，這讓我對這個領域的未來感到非常興奮，”Sivak說。

該論文的其他作者（均隸屬于或以前隸屬于耶魯大學）是Alec Eickbusch，Baptiste Royer，Shraddha Singh，Ioannis Tsioutsios，Suhas Ganjam，Alessandro Miano，Benjamin Brock，Andy Ding，Luigi Frunzio，Steven Girvin和Robert Schoelkopf。