耶魯大學的科學家宣稱,將薛定諤貓的概念引入量子電腦,將可以解決量子電腦複雜的糾錯問題。

傳統電腦信息單位是比特,只有0或1兩個狀態。在計算過程中,唯一出錯的可能性是出現所謂的「數位翻轉」,即0不慎變成1,或是相反的情況。傳統電腦通過使用三個冗余的物理數位實現糾錯,即用三個數位存一個信息,保證其中一個是正確的,也稱為「有效比特」。

量子電腦的基本單位是量子比特,具有0、1以及量子疊加態。研究者稱,這意味著量子電腦除了可能發生數位翻轉錯誤,還可能發生「相位翻轉」錯誤,即量子疊加態出現錯誤。

目前為止,研究人員都在用大量的物理冗余量子比特才能保證一個「有效的量子比特」。

耶魯大學的研究人員想到了薛定諤的貓。這是一個用於描述量子疊加狀態的著名思想實驗。把一隻貓、一個裝有氰化氫氣體的玻璃燒瓶和放射性物質放進封閉的盒子裏。當盒子內的監控器偵測到衰變粒子時,就會打破燒瓶,殺死這隻貓。根據量子力學的哥本哈根詮釋,在盒子打開之前,貓處於一種又活又死的疊加態。

量子理論認為,打開盒子的事件,造成貓瞬間切換至隨機的活或者死的量子態。

這份研究的主要作者之一耶魯大學物理學教授德沃雷特(Michel Devoret)說:「我們有了一個新的主意。為什不用一個巧妙的方式把信息編碼在單個物理系統內,直接抑制一種類型的錯誤?」

這份研究稱,只需利用一個「量子貓比特」,就可以完全阻止相位翻轉錯誤。無需多個物理量子比特,只需一個電子回路,就可以編碼「有效的量子比特」。

研究稱「這種情形下,一個超導微波諧振器的震盪,就能對應量子貓比特的兩個狀態」。

研究人員還表示,他們可以按需改變量子貓比特的疊加態,此外,還開發了一種新的讀取量子比特信息的方法。

德沃雷特說:「這給我們開發的系統增添了一個靈活的新元素,希望將來對量子電腦的多個層面都有應用意義。」◇