薛定谔的 cat 代码图示。在一项重大的量子计算突破中，EPFL 的物理学家提出了一种“关键薛定谔猫代码”，用于提高对错误的弹性，这种编码方案的灵感来自薛定谔的思想实验。这种在混合模式下运行的新型系统不仅提供了增强的错误抑制能力，而且还对随机频移产生的错误表现出了卓越的抵抗力，为具有多个交互量子比特的设备铺平了道路，这是量子计算机的最低要求。

EPFL 的科学家们提出了一种突破性的量子计算容错方案，称为“关键薛定谔猫码”。这种新颖的系统在混合状态下运行，表现出增强的误差抑制能力和令人印象深刻的抗随机频移误差能力，从而推进了创建具有多个交互量子比特的量子计算机的可能性。

量子计算使用量子力学原理对数据进行编码和复杂化，这意味着它有朝一日可以解决当前计算机难以解决的计算问题。后者使用表示 0 或 1 的位，而量子计算机使用量子比特或量子比特——量子信息的基本单位。

“量子计算的应用范围从药物发现到复杂生物系统和材料的优化和模拟，有可能重塑科学、工业和社会的广大领域，”EPFL 量子科学与工程中心主任 Vincenzo Savona 教授说。

与传统比特不同，量子比特可以同时存在于 0 和 1 状态的“叠加”中。这使得量子计算机可以同时探索多个解决方案，这可能会使它们在某些计算任务中明显更快。然而，量子系统很脆弱，容易受到与环境相互作用引起的错误的影响。

“制定策略以保护量子比特免受这种情况的影响，或者在错误发生时检测和纠正错误，这对于实现大规模、容错量子计算机的开发至关重要，”Savona 说。他们与 EPFL 物理学家 Luca Gravina 和 Fabrizio Minganti 一起，提出了一种“关键的薛定谔猫代码”，以实现高级的防错能力，从而取得了重大突破。该研究引入了一种新颖的编码方案，可能会彻底改变量子计算机的可靠性。

什么是“关键薛定谔猫代码”？

1935 年，物理学家埃尔温·薛定谔 （Erwin Schrödinger） 提出了一个思想实验，作为对当时对量子力学的普遍理解的批判——哥本哈根解释。在薛定谔的实验中，一只猫被放在一个密封的盒子里，里面有一个毒药瓶和一个放射源。如果放射源的单个原子衰变，放射性就会被盖革计数器检测到，然后盖革计数器会打碎烧瓶。毒药被释放出来，杀死了猫。

根据哥本哈根量子力学的观点，如果原子最初处于叠加状态，猫将继承相同的状态，并发现自己处于生与死的叠加中。“这种状态恰好代表了在宏观尺度上实现的量子比特的概念，”Savona 说。

在过去的几年里，科学家们从薛定谔的猫中汲取灵感，构建了一种称为“薛定谔猫代码”的编码技术。在这里，量子比特的 0 和 1 状态被编码到谐振腔中振荡电磁场的两个相反相位上，类似于猫的死亡或活状态。

“过去，薛定谔 cat 代码是使用两种不同的方法实现的，”Savona 解释说。“一种利用腔中的非谐波效应，另一种依赖于精心设计的腔体损耗。在我们的工作中，我们通过在中间机制中运营来弥合两者，将两者的优点相结合。尽管以前认为这种混合机制没有效果，但这种混合机制增强了错误抑制能力。核心思想是在相变的关键点附近运行，这就是关键 cat 代码的“关键”部分所指的。

关键 cat 代码还有一个额外的优势：它对随机频移导致的误差表现出卓越的抵抗力，这些误差通常会对涉及多个量子比特的作构成重大挑战。这解决了一个主要问题，并为实现具有多个相互交互的量子比特的设备铺平了道路，这是构建量子计算机的最低要求。

“我们正在驯服这只量子猫，”Savona 说。“通过在混合制度下运行，我们开发了一个超越其前身的系统，这代表了猫量子比特和整个量子计算的重大飞跃。这项研究是构建更好的量子计算机道路上的一个里程碑，展示了 EPFL 致力于推进量子科学领域和释放量子技术的真正潜力。