量子纠错研究揭示了量子系统的基本见解

随着科学家和研究人员越来越多地利用量子计算来帮助解决复杂问题并增进我们对宇宙的理解，量子误差校正已成为科学研究的一个重要领域。

当科学家探索量子计算机的实际应用时(无论是对于基础科学还是未来的技术应用)，提高量子计算机的准确性和可靠性至关重要。

2024 年 9 月 3 日发表在《自然物理学》上的新研究记录了将非平凡量子纠错码与平凡量子纠错码分离的新方法的发现。

研究表明，这条新的边界线并不是任意的，因此代表了量子系统在现实世界中运作方式的根本性进步。它为未来应用铺平了道路，不仅在量子计算中，而且在凝聚态物质(关于拓扑序)和量子引力(关于共形场论)中。

在他们的文章中，研究人员 Jinmin Yi、Weicheng Ye、Daniel Gottesman 和 Zi-Wen Liu(他们的工作均得到了 Perimeter 的支持)详细介绍了他们发现的近似量子纠错 (AQEC) 代码属性与量子电路复杂性之间的数学上严格联系。利用这种联系，科学家现在可以评估量子代码的精度水平。

此外，研究人员发现 AQEC 代码自然出现，这可能有助于回答物理学中一些最大、最具挑战性的问题。

“我们提出的这条可接受和不可接受代码之间的新分界线与某种物理意义相对应，”Daniel Gottesman 博士说，他是 Perimeter 的长期教员，现任马里兰大学量子信息和计算机科学联合中心联席主任。“这表明这不仅仅是我们想出的随机事物，而是与某种根本的东西有关。”

这一发现可应用于多个研究领域。例如，研究拓扑序(探索分数量子霍尔态和某些超导体等量子材料的复杂特性)的研究人员长期以来一直在努力解决纠缠条件和代码特性之间的差距。这些科学家现在有了更好地理解这些条件之间关系的工具，并加深了我们对独特材料的理解。

Perimeter 博士生、论文共同作者 Jinmin Yi 表示，他们的研究“定量地理解了这两个概念实际上为何不同”，为未来的研究释放了潜力。

对 AQEC 的研究还为那些希望将量子力学与爱因斯坦广义相对论相结合的科学家揭示了有趣的见解——这是物理学中最持久的挑战之一。具体而言，使用子系统方差评估 AQEC 表明，某些共形场论系统更有可能与引力描述相结合。

虽然每个领域都值得进一步研究，但初步结果令人鼓舞，并邀请未来探索 AQEC 的范围和效用，以及其物理和实际应用。