科学家绕过完美芯片要求，量子计算机可能更快到来
研究人员已经证明量子计算机可以由相互连接的小芯片构建，即使连接和硬件不完美，这些系统仍然可以可靠地工作。这一发现为从较小的单元组装大型量子系统奠定了基础，并突出了在使容错量子计算机更加实用方面的一项关键进展。
量子计算机，已经开始影响化学、密码学等领域的科研，目前在大规模计算能力上仍然有限。主要限制是量子硬件本身的大小和可靠性。传统上，量子进步是通过原始的量子比特数量来衡量的——量子位是经典比特的量子等效物——但没有容错能力，这些额外的量子比特并不能保证产生可用结果。容错能力是使系统能够自动检测和纠正错误的关键特性，这是由于量子组件本质上容易出错的必要性。
这项新研究通过模拟由许多更小的芯片组成的现实量子架构来应对扩展问题，每个芯片都设计为统一整体的一部分。由 UC Riverside 物理学与天文学系的博士生 Mohamed A. Shalby 领导，该团队使用了数千次模拟来测试六种不同的模块化设计。他们的模型结合了实际参数，借鉴了谷歌现有的量子基础设施，并使用了谷歌量子 AI 开发的模拟工具。
模块化量子计算机的一个主要技术障碍是芯片之间的嘈杂连接——当芯片必须在不同的低温冰箱之间通信时，这是一个特别突出的问题。这些连接通常引入的误差远多于单个芯片内执行的操作，威胁到纠错技术的有效性以及量子系统的整体可靠性。
然而，由 UC Riverside 领导的团队发现，即使芯片之间的连接比单个芯片本身嘈杂多达十倍，只要每个芯片保持高操作保真度，量子系统仍然可以执行有效的错误纠正。这有效地降低了组装可扩展系统的硬件要求，表明量子计算机不必等待完美的工程就能扩展其能力。
他们的大部分建模工作集中在表面码上，这是当前量子研究中最广泛使用的纠错技术。在这种方法中，“表面码芯片”将物理量子比特组织成逻辑集群，依靠冗余来抵御量子操作自然累积的错误。该研究表明，通过使用表面码架构，模块化系统可以稳健地编码高保真逻辑量子比特，即使模块之间的连接不完美。
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