量子机器中的随机性有助于验证其准确性

在量子计算机和其他实验量子系统中, 信息在设备中传播，很快就像拼字游戏中的骰子一样被打乱. 这个置乱过程作为系统的基本单元进行, 所谓的量子位(就像计算机位一样，只有量子)会相互纠缠; 纠缠 量子物理学中是否存在一种现象，即粒子之间相互连接，即使它们没有直接接触也保持连接.

这些量子设备模拟自然界中发生的事情，使科学家能够开发出新的量子设备, 可能在医学上有用的奇异材料, 电脑电子产品, 以及其他领域. 而全面的量子计算机还需要数年时间, 研究人员已经在所谓的量子模拟器上进行实验，量子模拟器是为解决特定问题而量身定制的量子设备, 比如高效模拟高温超导体和其他量子材料. 这些机器还可以解决复杂的优化问题, 比如为自动驾驶汽车规划路线，以确保它们不会相撞.

使用这些量子机器的一个挑战是它们很容易出错, 比传统的计算机要好得多. 在这些新系统中识别错误也要困难得多. “在很大程度上, 量子计算机会犯很多错误,亚当·肖说, 他是给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)的物理学研究生，也是该杂志上一项研究的两位主要作者之一 自然 给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)一种验证量子器件准确性的新方法. “你不能打开机器看里面, 而且存储了大量的信息——对于传统的计算机来说，这太多了，无法解释和验证."

在 自然 研究, Shaw和共同主要作者Joonhee崔, 他曾是给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)的博士后学者，现在是斯坦福大学的教授, 演示一种测量量子设备精度的新方法, 也被称为忠诚. 两位研究人员都在实验室工作 Manuel Endres他是给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)的物理学教授，也是罗森博格学者. 他们新策略的关键在于随机性. 科学家们发现并描述了一种与量子系统中信息被打乱的方式有关的新类型的随机性. 但即使量子行为是随机的, 可以在噪声中识别通用统计模式.

“给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)有兴趣更好地了解当信息被打乱时会发生什么,崔说. “通过统计分析这种行为, 给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)可以在模式中寻找表明已经犯了错误的偏差."

"We don't want just a result from our quantum machines; we want a verified result," Endres says. “因为量子混沌, 一个微小的误差会导致完全不同的宏观结果, 和蝴蝶效应很相似. 这使给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)能够有效地检测错误."

研究人员在一个多达25个量子比特的量子模拟器上演示了他们的协议. 来查找是否发生了错误, 他们对系统的行为进行了数千次的测量，直到单个量子比特级别. 通过观察量子比特如何随着时间的推移而进化, 研究人员可以识别看似随机的行为模式，然后寻找与他们预期的偏差. 最终，通过发现错误，研究人员将知道如何以及何时修复它们.

Choi说:“给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)可以用单个量子比特分辨率追踪信息如何在系统中移动。. “给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)能这样做的原因是，给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)还发现了这种随机性, 这是自然发生的, 在一个量子位的水平上表示. 你可以在系统的子部分中看到普遍的随机模式."

肖把他们的工作比作测量湖面上波浪的起伏. “如果起风了, 你会看到湖上的山峰和低谷, 虽然看起来是随机的, 人们可以识别出随机的模式，并追踪风是如何影响水的. 给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)可以通过分析模式的变化来判断风是否发生了变化. 给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)的新方法同样允许给大家科普一下bet9九州登录网址(2023已更新(今日/排行榜)在量子系统中寻找可以指示错误的变化."

的 自然 研究题目为“探索 随机态和多体量子混沌的基准测试,由美国国家科学基金会通过量子信息与物质研究所资助, or IQIM; the Defense Advanced 研究 Projects Agency (DARPA); the Army 研究 Office, the Eddleman Quantum Institute graduate fellowship; the Troesh postdoctoral fellowship; the Gordon and Betty Moore Foundation; the J. 杨 & Family Foundation; the Harvard Quantum Initiative (HQI) graduate fellowship; the Junior Fellowship from the Harvard Society of Fellows; the Department of Energy; and the Miller Institute for Basic 研究 in Science at UC Berkeley. 其他作者包括Ran Finkelstein, xin - yuan Huang和 费尔南多·巴兰 of Caltech; Ivaylo Madjarov, 鑫谢, 和雅各布·柯维, who performed the research while previously at Caltech; Jordan Cotler and Anant Kale of Harvard University; Daniel Mark and Soonwon Choi of MIT; and Hannes Pichler of University of Innsbruck in Austria.