未来量子计算机的技术正在快速发展，并且有多种不同的方法正在研究开发中。量子计算机的许多策略或“蓝图”都依赖于原子或类似人造原子的电路。
在今天的《物理评论 X》杂志上的一项新理论研究中，加州理工学院的物理学家们展示了一种新型的量子计算机，它不基于原子而是基于分子基础之上。
在一项新的理论研究中，加州理工学院的物理学家展示了分子在理论上可以如何用于减少量子计算中的错误。该方法涉及将旋转的分子置于“叠加”状态，这意味着它将同时以多种方向存在。
研究人员说：“在量子世界中，我们有几个蓝图，正在同时改善它们。” “自2001年以来，人们一直在考虑使用分子对信息进行编码，但是现在我们正在展示比原子更复杂的分子如何减少量子计算中的错误。”
量子计算机的核心是所谓的量子位，类似于经典计算机中的比特位，但与经典位不同，它们会遇到一种奇怪的叠加现象，即它们同时以两种或多种状态存在。就像著名的薛定谔的猫，又是死又是活着，粒子可以一次以多种状态存在。
叠加现象是量子计算的核心：量子比特可以同时采取多种形式这一事实意味着，量子比特的计算能力比经典比特要大得多。但是叠加的状态是一种微妙的状态，因为量子位容易坍缩而失去其所需的状态，这会导致计算错误。
研究人员解释说，“在经典计算中，你必须担心位翻转，即“1”位变为“0”，反之亦然，这会导致错误。” “这就像掷硬币一样，很难准确做到是正面或反面。在量子计算中，信息以脆弱的叠加形式存储，一丝丝的量子干扰也可能导致错误。”
研究人员指出，如果量子计算机平台使用由分子构成的量子比特，那么与其它量子平台相比，这些类型的错误更有可能被消除。这项新研究背后的一个概念来自加州理工学院的理论物理学教授们：约翰·普雷斯基尔(John Preskill)、理查德·费曼(Richard P.Feynman)、阿列克谢·基塔耶夫(Alexei Kitaev)、罗纳德·马克西恩(Ronald and Maxine)所做的研究工作。
当时，科学家们提出了一个量子计算机漏洞，该漏洞可以为一种由德国物理学家维尔纳·海森伯格于1927年提出、称为海森堡不确定性原理的现象所提供的，该原理指出，人们不能以很高的精度同时认知粒子的位置和行进方向。
不确定性原理是对量子计算机的一个挑战，因为它意味着无法充分了解量子位的量子状态来确定是否已发生错误。加州理工学院的三位理论物理学教授：Gottesman，Kitaev和Preskill指出，虽然无法测量粒子的确切位置和动量，但可以检测到其位置和动量的微小变化。这些变化可能表明发生了错误，从而有可能将系统推回正确的状态。所以这种错误校正方案以其发现者之名被称为GKP，最近已在超导电路设备中实现。
普雷斯基尔(Preskill)是该最新论文论文主导作者、量子信息与物质研究所所长，是当今量子信息科学和量子计算领域的一位权威专家，也以创造“量子至上”一词而闻名。他指出， “纠错的全部目的是使我们最大化地认知潜在的错误。”
在该新论文中，这个概念被应用于叠加旋转分子。如果分子的方向或角动量发生少量偏移，则可以同时纠正这些偏移。
研究人员说：“我们需要跟踪量子信息在噪声下的演化。” “噪声将系统踢了一下。但是，如果我们精心选择了分子状态的叠加，只要它们足够小，我们就可以测量方向和角动量。然后我们可以将系统踢回补偿。”
研究人员表示，最终有可能单独控制用于此类量子信息系统的分子。研究团队在使用光学激光束“镊子”控制单个中性原子方面取得了长足进步，中性原子是量子信息系统的另一个有希望的平台。
研究人员说：“分子的吸引力在于它们是非常复杂的结构，可以非常密集地堆积。” “如果我们能够弄清楚如何在量子计算中利用分子，那么我们就可以对信息进行可靠的编码，并提高量子比特的打包效率。”
参考：1. Robust Encoding of a Qubit in a Molecule, Physical Review X (). DOI: 10.1103/PhysRevX.10.031050
2. 分子亦量子：大颗粒分子的量子特性的实录
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