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DeepTalk深言堂

8月12日，在深蘭科學(xué)院的“愛(ài)因斯坦”會(huì)議室舉行了一場(chǎng)以量子計(jì)算為主題的講座，就近年備受關(guān)注的量子計(jì)算機(jī)為何遲遲沒(méi)有面市，進(jìn)行了闡釋?zhuān)�并指出其中最主要的瓶頸在于難以糾正計(jì)算誤差。但鑒于講座的內(nèi)容較為專(zhuān)業(yè)，講師又對(duì)當(dāng)天內(nèi)容進(jìn)行了梳理，以盡量通俗的語(yǔ)句進(jìn)行了再次解讀。

作為深蘭科技下屬深蘭科學(xué)院打造的重要的學(xué)術(shù)陣地、學(xué)習(xí)平臺(tái)，DeepTalk由內(nèi)外部專(zhuān)家、博士組成的講師團(tuán)隊(duì)，定期分享業(yè)界動(dòng)態(tài)、 前沿技術(shù)、科研成果，行業(yè)趨勢(shì)等，為科研技術(shù)人員不斷注入學(xué)習(xí)激情和能量。

量子計(jì)算再解讀

盡管學(xué)術(shù)和工業(yè)界在共同努力，但實(shí)用量子計(jì)算仍然是難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，一個(gè)重要的原因是難以對(duì)量子比特（qubit）執(zhí)行糾錯(cuò)。針對(duì)經(jīng)典比特的公認(rèn)糾錯(cuò)協(xié)議是存在的，而且效果也得到認(rèn)同。由于諸如無(wú)克隆定理和基態(tài)的量子疊加之類(lèi)的量子效應(yīng)，對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行類(lèi)似的操作通常要復(fù)雜得多。

在量子計(jì)算中，與傳統(tǒng)計(jì)算一樣，信息是以比特編碼的。量子計(jì)算比特簡(jiǎn)稱(chēng)量子比特。量子比特存在于兩種量子態(tài)之一中，通常表示為零和一，這與經(jīng)典位的情況相同。但是，與經(jīng)典情況截然不同的是，量子比特可以形成線性疊加以產(chǎn)生疊加量子態(tài)。實(shí)際上，任何任意的（二能級(jí)系統(tǒng)）量子態(tài)都由具有固定系數(shù)的零和一態(tài)的一個(gè)的疊加組成。量子態(tài)的這種獨(dú)特特性是量子計(jì)算的基礎(chǔ)。

薛定諤的貓：量子疊加照成的其中一個(gè)奇特現(xiàn)象

為了從量子狀態(tài)中獲得有用的信息，必須進(jìn)行測(cè)量。此過(guò)程會(huì)使疊加態(tài)產(chǎn)生波函數(shù)坍縮，以產(chǎn)生位值的度量，該值是結(jié)果為零或一的概率的平方。為了計(jì)算的目的，這種情況不理想。

在實(shí)際的量子計(jì)算中，通常通過(guò)輔助量子比特來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其功能是讀出量子比特的值而同時(shí)不破壞它們之間的固有疊加關(guān)系。使用輔助比特來(lái)讀出量子比特值的必要性不可避免地增加了任何量子計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜性，并同時(shí)增加了實(shí)現(xiàn)實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的難度。

經(jīng)典比特和量子比特的比較

在量子計(jì)算中，錯(cuò)誤通常發(fā)生在單個(gè)比特的層面上。現(xiàn)有的量子比特糾正方式也多在于糾正單個(gè)量子比特的錯(cuò)誤。兩種常見(jiàn)的量子比特錯(cuò)誤是比特翻轉(zhuǎn)和相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。當(dāng)量子比特的態(tài)與該處于的態(tài)不同（“翻轉(zhuǎn)”）時(shí)，即發(fā)生位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤。比如說(shuō)，當(dāng)測(cè)量某個(gè)實(shí)際應(yīng)處于一態(tài)的比特時(shí)，測(cè)量會(huì)反饋量子比特處于零態(tài)的結(jié)果，反之亦然。這種錯(cuò)誤也發(fā)生在經(jīng)典比特中。

相位翻轉(zhuǎn)誤差是一種誤差類(lèi)型，它是量子計(jì)算特有的，并可以將其起源追溯到疊加原理。基本量子態(tài)之間的線性疊加意味著基本態(tài)之間相對(duì)符號(hào)的固定；當(dāng)兩個(gè)基底態(tài)之間的所測(cè)量到的符號(hào)與正確的符號(hào)不同時(shí)，即發(fā)生了相位翻轉(zhuǎn)誤差（基底態(tài)之間的相對(duì)符號(hào)與量子態(tài)之間的相位因子中的指數(shù)符號(hào)之間的差相對(duì)應(yīng)）。