研究人员致力于确保在脆弱的研究于确量子状态下进行准确的解码

2022-01-17 16:24:01吉军才导读当计算机彼此共享信息时，信息将被编码为比特，人员弱然后解码回其原始形式。致力准确在此过程中，保脆某些信息有时会被打乱或丢失。量状举一个简化的态下例子，一封未

当计算机彼此共享信息时，进行信息将被编码为比特，研究于确然后解码回其原始形式。人员弱在此过程中，致力准确某些信息有时会被打乱或丢失。保脆举一个简化的量状例子，一封未正确解码的态下电子邮件说“我正在寄钱给您”可能到达目的地，说“我没有寄钱给您”。进行

另一个示例：在计算机上保存文档时，研究于确您希望它在重新打开文档时保留相同的信息。而且，如果您要求计算机求解方程2 + 2，则需要相信它会吐出4。这对于无法计算自己的复杂方程(例如x，y和z的值)尤为重要。在Diophantine方程中x 3 + y 3 + z 3 = 42。

贝恩瓦西奇，电气和计算机工程和工程的亚利桑那大学大学纠错实验室主任教授，专门从事错误校正码，这确保由计算机共享和计算的信息在到达其目的地之前被正确解码。他还研究了容错能力，或计算机或计算机网络中一个或多个组件发生故障时继续运行的能力。

Vasic在开发一类纠错码(称为低密度奇偶校验码或LDPC码)方面发挥了重要作用，这些纠错码广泛用于经典通信和数据存储中。在一项由科学基金会(National Science Foundation)资助的110万美元的项目中，瓦西奇(Vasic)与塞卡特·古哈(Saikat Guha)合作，成立了詹姆斯·C·怀恩特光学科学学院，首次测试了量子LDPC代码在量子计算机中的可行性。

将经典技术应用于量子网络

虽然x 3 + y 3 + z 3 = 42是一个复数方程，但可以通过经典计算来求解x，y和z。实际上，在2019年，一组科学家使用了经典计算机网络来做到这一点。计算花费了超过一百万小时。量子计算有潜力在几秒钟内解决像这样的方程。

瓦西奇说：“通过量子计算，我们将能够分析非常复杂的现象，并解决传统计算机无法解决的问题。这将很快完成。” “在生物学，医学，金融，物理，化学和生物系统的模拟，新材料的发现以及分子的设计中都有应用。”

这怎么可能?经典计算以称为位的单位存储信息，这些位以0或1存在。量子计算使用称为量子位的单位，这些单位可以同时以多种状态存在。状态的叠加是实现超快速未来计算的基础。但是，由于量子位在物理上被实现为亚原子粒子，因此这种状态的创建和维护非常脆弱，因此量子位比位更容易出现错误或退相干。

现在，理论物理学家推测量子位也是构成时空或宇宙结构的要素。最近的研究表明，量子误差校正可以解释为什么时空如此强大，尽管它的结构很脆弱。

实际上，量子位是如此敏感，以至于测量它们的行为都会引起变化。目前，量子误差校正涉及首先仔细观察量子位并将发现结果记录为经典信息。然后，经典计算机计算出错误所在，然后科学家将纠错信息传输到量子系统。

瓦西奇说：“在这个项目中，我们正在研究不离开量子世界的方法，因此所有操作也将是量子。” “我们想探讨是否可以通过处理量子信息来完成解码。”

传递信息以减轻噪音

当今的计算机由数十亿个称为逻辑门的基本构建块组成。这些门对正在处理的二进制信息应用不同的操作。例如，最简单的一种门是“非”门，它通过输入0并输出1来将位转换为相反的位，反之亦然。但是，有时信号干扰和噪声会导致门产生错误，从而导致错误的结果。量子门比其经典亲戚执行的功能更多样化，更奇特，但噪声更大且更容易出错。

纠错码以非常特定的方式纠缠量子比特，从而使量子比特彼此稳定。Vasic的解码器允许qubit 来回传递有关彼此的信息。人工智能中使用了类似的消息传递算法。没有一个单独的位完全了解其他位的价值，但是通过消息传递，他们一起共同了解是否有错误以及它们确切位于哪个位。这个新项目的重点是开发这种人造的量子版本。智能算法。

Vasic说：“ LDPC代码的最大优点是它们支持这种容错的消息传递算法。” “在量子系统中，我们必须具有容错能力，因为由于噪声水平较高，量子门比传统的逻辑门噪声要大几个数量级，而且不可靠。”

Vasic和其他几名工程学系教员也是新成立的量子网络中心的一部分，该中心是由亚利桑那大学领导的为期五年，耗资2600万美元的NSF工程研究中心。该中心由古哈(Guha)领导，旨在为量子互联网打下基础，而纠错则是这项冒险的关键部分。

瓦西奇说：“这是实现量子计算机和网络的一个缺失。” “这些量子LDPC代码是将要使用的下一代代码，但是我们必须开发算法以高效且容错地进行解码。”

“随着最近聘用了几位专门从事量子工程的新教职员工，学院和大学将自己定位在这一领域的前沿，”工程学院院长克雷格·贝格(Craig M. Berge)院长戴维·哈恩(David W. Hahn)说。“我们很幸运能够让Vasic博士这样的研究人员将他们的经验和宝贵的专业知识带到桌面上。”