要實現(xiàn)量子計算的夢想，就必須先克服一些困難，比如保持存儲系統(tǒng)的穩(wěn)定——即克服量子計算信息的基本單元(量子位/qubit)所固有的不穩(wěn)定性。好消息是，來自美國加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家們，已經(jīng)打造出了一個突破性的電路，它能夠不斷地自我檢查、以保持量子存儲始終處于無差錯的狀態(tài)。

       UC Berkeley的物理學(xué)家們宣稱打造出了突破性的量子點路，因其能夠檢查并糾正自身的錯誤。

量子信息很容易遇到由環(huán)境所引發(fā)的錯誤，比如宇宙射線、或者一個位置的量子相干(quantum coherence)崩潰，這意味著包含一個量子位的信息很容易丟失。

此外，由于量子糾纏態(tài)的特殊性，任何試圖復(fù)制信息的行為，都會對它造成即時的破壞。

不過，身為一名研究生的UC Berkeley約翰·馬蒂尼物理實驗室研究員Julian Kelly表示：“量子計算的一個最大挑戰(zhàn)，就是量子比特本身出現(xiàn)了問題(inherently faulty)。所以如果你在里面存儲了一些信息，它們是會被忘記的”。

       該團隊并未嘗試維持一個量子比特(比方說將其誘捕到硅的同位素中)，而是通過某種基于算法的方式來實現(xiàn)。

                             量子糾錯系統(tǒng)和相應(yīng)算法的原理圖。

       不同于傳統(tǒng)計算機，量子計算機不使用二進制(0和1)來存儲數(shù)據(jù)，因為它還擁有另一種“疊加態(tài)”(superpositioning)，即它既可以是0、也可以是1。

尷尬的是，盡管這一特性讓它在計算能力方面擁有顯著優(yōu)點，但量子位也有一個顯著的缺點，那就是量子位很容易出現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)”(flipping,狀態(tài)隨機地改變)，而且在不穩(wěn)定的環(huán)境中會更加嚴重。

Kelly說到：“這使得我們很難處理信息，如果它消失了的話”。為了解決這個問題，他們想出了全新的錯誤檢測和校正方法——將信息同時存儲在多個量子位上。

該團隊的想法是：“我們打造了一套包含9個量子比特、然后可以查找錯誤的系統(tǒng)。網(wǎng)格中的量子位負責維護其鄰位信息(通過重復(fù)的誤差檢測和校正)，如此一來，相應(yīng)的信息就可以保存得比任何單獨的量子位都更長久更準確”。

       加州大學(xué)伯克利分校的研究人員，從左至右依次為Julian Kelly、John martinis、以及Rami Rarends。

       這么做的必要之處在于，量子態(tài)存在于量子比特之中：你可以知道一個粒子的位置，也可以衡量它的動量(momentum)，但卻不能同時使用。

該校博士后研究員Rami Rarends稱：“你不能衡量一個量子態(tài)，不能給期望它仍然是個量子。測量的行為會將量子比特鎖定到一種單一的狀態(tài)，而它也失去了成為疊加態(tài)的能力”。

為了做到這點，該?？茖W(xué)家兼工作人員Austin Fowler使用了所謂的“表面代碼”(Surface code)，以提供有關(guān)錯誤的信息。

       通過反復(fù)測量矩陣中每個量子位與其相鄰數(shù)據(jù)的相互作用，測量值的變化就暗示了空間和時間上出現(xiàn)了錯誤。

       簡而言之，該代碼借用了“奇偶校驗值”(parity information)來檢測原始數(shù)據(jù)的任何變化。

在這種狀態(tài)下，如果偏振狀態(tài)被施加到了一組量子位上，那么這些量子位就會被傳送到系統(tǒng)中的其它地方，而任何極化變化都可以通過原始狀態(tài)和傳輸過來的量子狀態(tài)的比對而得知。

       最終，我們可以拉出足夠的信息來檢測錯誤，但又不會因為“偷窺”而破壞底層的量子態(tài)。

截至目前，該團隊的研究已經(jīng)證明了可將一個量子位的“翻轉(zhuǎn)”錯誤給否定掉。不過他們希望下一步能夠解決其它量子位“退相干”(decoherence)問題，比如對“相位翻轉(zhuǎn)”錯誤進行“互補”。

       Martinis團隊的高級研究人員們現(xiàn)在也有與Google進行合作，以便進一步探索該技術(shù)和研究量子計算的應(yīng)用。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。