IBM推出「零雜訊外推」的技術，以減輕量子計算的雜訊

2月28日消息，據外媒報道，IBM開發了一種名為「零雜訊外推」的技術，可以減輕量子計算的雜訊。研究人員在不同的雜訊水平下進行重複計算，可以估算出在沒有雜訊干擾的情況下量子計算機的計算結果。該研究已發表在《自然》雜誌上。

在不同的雜訊水平下測量的單個量子位軌跡(紅色、綠色)以及用於估計誤差減輕的軌跡(藍色)。

二進位數位是計算機中表示信息的基本單位，「位」只能表示0或1。量子比特(量子位)構成了量子計算，量子位不僅可以表示0或1，還可以表示這兩者的某種組合(疊加狀態)。量子計算機能夠執行傳統計算機無法完成的任務。但今天的量子計算機存在一個很大的問題，就是量子計算過程中有雜訊，這些雜訊來自量子比特內的熱量、來自基本的量子力學過程的隨機波動都有可能會干擾量子比特的狀態，從而造成計算錯誤。

因此，減少誤差和降低雜訊是提高量子計算機實用性的關鍵。IBM稱其「雜訊放大」技術提高了量子計算的準確性。最重要的是，這都是在不需要硬體改進的情況下實現的。

IBM的研究人員表示，他們已經發現在不同的雜訊水平下重複計算，可以估算出量子計算機在沒有雜訊的情況下會得出什麼樣的結果。具體來說，就是用於在量子位上執行量子操作的微波脈衝被「時間拉伸」，進行可控制地放大雜訊。

在有雜訊的量子硬體上的計算受到退相干和電路深度之間的競爭的限制。增加電路深度可以幫助創建更複雜的量子態，但是，這通常意味著增強了退相干誤差。零雜訊外推技術減輕了退相干效應，與此同時，得益於增加的電路深度，可以進行更複雜和準確的計算。

左側為2017年研究結果，右側為2019年研究結果

IBM研究人員聲稱，零雜訊外推可以用來改善任何依賴於期望值的量子計算。在他們的論文中，他們展示了在2017年發表在英國《自然》雜誌上的研究——IBM在自己的超導量子設備上實現了一種新的量子演算法，這種演算法可以模擬真實分子，能夠高效精確地計算出小分子電子的最低能態(energy state)。此外，在2019年3月早些時候，IBM發表在《自然》雜誌上的論文展示了現代量子計算機是如何從數據中進行學習的。論文表明，傳統計算機可以將數據映射到只存在量子態的空間中，實現監督式學習。

儘管如此，他們承認這些改進並不是無限的，最終會受到處理器的一致性屬性的限制。

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