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据最新一期《自然·物理学》杂志报道，美国罗格斯大学、IBM公司等机构的科学家在一台拥有156个量子比特的处理器上，演示了量子计算机在运行过程中反复检查和重置部分量子比特的能力，使系统从混沌状态转向可控的有序状态。这是迄今规模最大的实时量子反馈控制实验之一。这项实验是通往容错量子计算道路上的一个重要里程碑，表明相关研究又向前迈进了一步，为构建更大规模、更可靠的容错量子计算机提供了实验依据。
量子计算机使用量子比特存储和处理信息。与传统计算机的比特只能取0或1不同，量子比特可以处于叠加态，在测量前保有多种可能性。这一特性赋予量子计算机强大的计算潜力，但也使其容易受到热量、电磁信号和硬件缺陷等因素的干扰，导致计算错误不断累积。
要实现容错量子计算，计算机必须在运行过程中反复检测并纠正错误，同时尽可能保留量子信息。目前，科学家尚未制造出真正的容错量子计算机。实时反馈控制被认为是实现这一目标的关键技术之一。
此次，研究团队在一台IBM Quantum Heron处理器上开展实验，选取最多包含100个相互连接量子比特的系统，让其交替执行两项任务。一项任务在相邻量子比特之间混合信息，使系统逐渐陷入混沌。另一项任务则是反复检查量子比特，并将其重置为指定状态，以恢复系统的有序性。
实验中，团队执行了近5000次双量子比特操作，并进行了近5000次检查与重置操作。通过调节两项任务的执行频率，他们发现，当信息混合操作占据主导时，系统维持混沌状态。当检查与重置更加频繁时，系统则转向能够控制的有序状态。当两项任务的执行频率接近各占一半时，微小的频率变化就可能引发系统状态的突然转变，这种现象被称为“相变”。
团队解释道，微小变化可能带来巨大且几乎无法预测的后果，就像经典的“蝴蝶效应”一般。但实验表明，通过随机干预，量子系统中的混沌行为也能得到控制，而且从混沌转向有序存在一个明确的临界频率。
这项实验表明，现有量子硬件已经能够在较大规模的系统中协调量子操作、测量和重置，并将这一过程重复数千次。不过，实现真正的容错量子计算仍需持续、可靠地检测和纠正计算过程中的错误。
（原标题为《量子计算机从混沌走向有序获验证 可在运行中反复检查和重置量子比特》）
来源：张佳欣/科技日报
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