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通過結合旁觀者量子比特(黃色)和數據量子比特(藍色)，研究人員可持續監控并糾正量子計算機內的噪聲和錯誤。圖片來源：芝加哥大學伯尼恩實驗室

量子計算機似乎“天生”易出錯，周圍環境微小的擾動，如溫度、壓力或磁場變化，都會破壞它們脆弱的計算基礎——量子比特。美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院研究人員開發了一種新方法，可持續監測量子系統周圍的噪聲并實時調整，以最大限度地減少誤差。

隨著量子計算機的規模擴大，噪聲和錯誤的挑戰也越來越大。首先是量子比特很容易根據環境發生變化;其次，如果科學家想測量一個量子比特，其狀態就會崩潰并丟失數據。因此糾正量子系統中的錯誤是一項非常艱巨的任務。

在最新一期《科學》雜志中描述的方法依賴于“旁觀者量子比特”：一組嵌入計算機卻不存儲數據的量子比特，其唯一目的是測量并消除外部噪聲。

研究人員將新系統比作降噪耳機，它會持續監測周圍的噪聲并發出相反的頻率以將其消除，這種方法可有力提高數據量子比特的質量。

在中性原子量子處理器中，研究人員使用稱為光鑷的激光束將原子懸浮在適當位置。在這些懸浮原子的大型陣列中，每個原子充當一個量子比特，能在疊加狀態下存儲和處理信息。

團隊使用銣原子充當數據量子比特，銫原子充當“旁觀者”，他們連續讀取銣原子的實時數據，再通過微波振蕩調整銫原子。結果表明，銫原子可正確拾取噪聲，而系統實時消除了銣原子中的噪聲。

研究人員設想，未來一個由“旁觀者量子比特”組成的系統，可在任何架構的量子計算機背景下持續運行，最大限度地減少數據存儲和計算時的錯誤。

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