科学家设法克服量子计算中的噪声

　　环境噪声，是困扰量子科学家的“天敌”，可以通过以不可预测的方式改变其波函数的各个分支的相位来影响量子计算机的状态；我们称之为去相位。在这里，时钟指针的位置代表波函数特定分支的相位。它的修改，我们不知道，将影响量子计算所依赖的相位复合的微妙关系。

　　荷兰阿姆斯特丹大学研究人员Ludovico Lami和美国康奈尔大学的Mark M.Wilde通过推导预测环境噪声影响的公式，在量子计算方面取得了重大进展。这对于设计和构建能够在我们不完美的世界中工作的量子计算机至关重要。

　　量子计算使用量子力学的原理来执行计算。与使用可以为0或1的位的经典计算机不同，量子计算机使用可以同时处于0和1叠加态的量子位或量子位。

　　这使得量子计算机能够比经典计算机更快地执行某些类型的计算。例如，量子计算机可以分解非常大的数字，所用时间仅为传统计算机的一小部分。

　　虽然人们可以天真地将这种优势归因于量子计算机并行执行大量计算的能力，但现实情况要复杂得多。量子计算机的量子波函数（代表其物理状态）拥有多个分支，每个分支都有自己的相位。一个相位可以被认为是时钟指针的位置，它可以指向表盘上的任何方向。

　　在计算结束时，量子计算机将它同时在波函数的不同分支上执行的所有计算结果重新组合成一个单一的答案。

　　光可以通过不同的路径在光纤中传播。不可能知道光线所经过的确切路径会导致有效的相移噪声

　　破坏性的环境噪音

　　量子计算的一个重大障碍是环境噪声。这种噪声可以比作一个小恶魔，它以不可预测的方式改变波函数不同分支的相位。这种篡改量子系统相位的过程称为去相位，可能不利于量子计算的成功。

　　日常设备（例如用于以光的形式传输信息的光纤）中可能会发生相移。穿过光纤的光线可以采用不同的路径；由于每条路径都与特定相位相关联，因此不知道所采用的路径相当于一种有效的去相位噪声。

　　在《自然物理》（Nature Photonics）上的新论文中，Lami和Wilde分析了一个称为玻色子相移通道的模型，以研究噪声如何影响量子信息的传输。它表示作用于特定波长和偏振的单模光的相位差。

　　量化噪声对量子信息影响的数字是量子容量，即每次使用光纤可以安全传输的量子比特数。新出版物为计算玻色子去相位通道的量子容量问题提供了完整的解析解决方案，适用于所有可能形式的去相位噪声。

　　较长的信息克服了错误

　　为了克服噪声的影响，可以在消息中加入冗余，以确保在接收端仍然可以检索到量子信息。这类似于在电话中说“Alpha、Beta、Charlie”而不是“A、B、C”。尽管传输的消息更长，但冗余确保它被正确理解。

　　这项新研究准确地量化了需要在量子信息中添加多少冗余以保护其免受相移噪声的影响。这很重要，因为它使科学家能够量化噪声对量子计算的影响，并开发出克服这些影响的方法。