通用奇偶校验量子计算新架构获验证

量子机器的计算能力目前还偏低，提高性能是一项重大挑战。奥地利因斯布鲁克大学物理学家现在提出了一种通用量子计算机的新架构，该架构克服了量子信息无法复制和存储的限制，或很快成为下一代量子计算机的基础。

带有逻辑线的修改后的LHZ架构图示。

图片来源：《物理评论快报》

量子计算机中的量子比特同时用作计算单元和内存，但由于量子信息无法复制，因此无法像经典计算机那样存储在内存中。由于这种限制，量子计算机中的所有量子比特必须能够交互。这仍然是目前构建强大量子计算机的主要挑战。

2015年，理论物理学家沃尔夫冈·莱希纳、菲利普·豪克和彼得·佐勒为解决这一难题，为量子计算机提出了一种新的架构，以三人的名字命名为“LHZ架构”。莱希纳表示，这种架构最初是为优化问题而设计的，“在这个过程中，我们将架构减少到最低限度，以便尽可能高效地解决这些优化问题”。

莱希纳解释说，此体系结构中的物理量子比特不表示单个比特，而是对比特之间的交互进行编码。这也意味着，并非所有量子比特都必须相互交互。他和团队现在已经证明，一种奇偶校验概念也适用于通用量子计算机。

奇偶校验计算机可在单个量子比特上执行两个或多个量子比特之间的操作。研究人员表示，现有的量子计算机已经在小规模上很好地实现了这种运算。然而，随着量子比特数量的增加，实现这些门运算变得越来越复杂。

在两篇论文中，因斯布鲁克大学科学家证明，奇偶校验计算机可执行量子傅里叶变换，计算步骤明显减少，因此速度更快。傅里叶变换正是许多量子算法的基本构建块。研究人员表示，架构的高度并行性意味着，它能非常有效地执行众所周知的用于分解数字的舒尔算法。

新概念还使硬件具有高效的纠错功能。由于量子系统对干扰非常敏感，量子计算机必须不断纠正错误。必须投入大量资源来保护量子信息，这大大增加了所需的量子比特数量。新模型采用两阶段纠错，一种类型的错误（比特翻转错误或相位错误）可由所使用的硬件防止；另一种类型的错误则可通过软件检测和纠正。这种管理的方式亦有助实现下一代通用量子计算机。（张梦然）