通用奇偶校验量子计算一种克服性能限制的新架构

量子计算机中的量子比特(qubits)同时作为计算单元和内存。因为量子信息不能被复制，它不能像经典计算机那样存储在内存中。由于这个限制，量子计算机中的所有量子比特必须能够相互交互。

目前这仍然是构建强大的量子计算机的主要挑战。2015年，理论物理学家WolfgangLechner与PhilippHauke和PeterZoller一起解决了这一难题，并提出了一种新的量子计算机架构，现在以作者的名字命名为LHZ架构。

“这种架构最初是为优化问题而设计的，”奥地利因斯布鲁克大学理论物理系的WolfgangLechner说。“在此过程中，我们将架构减少到最低限度，以便尽可能高效地解决这些优化问题。”

该架构中的物理量子比特不代表单个比特，而是编码比特之间的相对协调。“这意味着并非所有的量子比特都必须相互交互，”WolfgangLechner解释道。他和他的团队现在已经证明，这种奇偶性概念也适用于通用量子计算机。

复杂的操作被简化

奇偶校验计算机可以在单个量子位上的两个或多个量子位之间执行操作。WolfgangLechner团队的MichaelFellner解释说：“现有的量子计算机已经在小范围内很好地实现了此类操作。”“然而，随着量子比特数量的增加，实现这些门操作变得越来越复杂。”

在《物理评论快报》和《物理评论A》的两篇出版物中，因斯布鲁克的科学家们现在表明，奇偶校验计算机可以执行量子傅里叶变换——许多量子算法的基本组成部分——计算步骤显着减少，因此速度更快。Fellner解释说：“我们架构的高度并行性意味着，例如，众所周知的用于因数分解的Shor算法可以非常有效地执行。”

两级纠错

新概念还提供硬件高效的纠错。因为量子系统对干扰非常敏感，所以量子计算机必须不断地纠正错误。必须投入大量资源来保护量子信息，这大大增加了所需的量子比特数量。“我们的模型采用两阶段纠错操作，使用的硬件可以防止一种错误(位翻转错误或相位错误)，”AnetteMessinger和KilianEnder写道，他们也是因斯布鲁克研究团队的成员。

在不同的平台上已经有初步的实验方法。“其他类型的错误可以通过软件检测和纠正，”梅辛格和恩德说。这将使下一代通用量子计算机能够以可控的努力实现。

由WolfgangLechner和MagdalenaHauser共同创立的衍生公司ParityQC已经在因斯布鲁克与来自科学和工业界的合作伙伴就新模型的可能实施进行合作。

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