大阪大学研究人员开发出更高效的"魔术态"制备方法，为量子计算领域带来重大突破。这种量子容错计算机的关键组件，如今通过开创性的底层"零级蒸馏法"，使所需量子比特数量和计算资源大幅减少，成功克服了量子噪声这一重大障碍。该创新有望加速实现具备行业变革能力的强大量子计算机，其应用将覆盖金融至生物科技等多个领域。
数十年来，量子计算机实现比传统计算机快数百万倍的计算能力，这一直是一个诱人却又遥远的目标。然而，量子物理学领域的一项新突破可能刚刚加速了这一进程。
在发表于PRX Quantum期刊的一篇文章中，大阪大学工程科学研究生院及量子信息与量子生物学中心的研究人员开发出一种方法，该方法可用于以显著降低的开销和前所未有的精度，为量子计算机制备高保真度的“魔幻态”。
量子计算机利用量子力学的奇妙特性（如纠缠和叠加态），能以远超经典计算机的效率执行计算。此类机器有望推动工程、金融和生物技术等众多领域的革新。但在实现之前，有一个重大障碍必须克服。
“量子系统始终极其容易受到噪声干扰，”首席研究员Tomohiro Itogawa表示，“即使温度出现最微小的波动，或外部来源的单个杂散光子，都极易破坏量子计算机的配置，使其失效。噪声绝对是量子计算机的头号敌人。”
因此，科学家们对构建所谓的容错量子计算机产生了浓厚兴趣，这类计算机足够稳健，即使在噪声干扰下仍能持续进行精确计算。魔幻态提纯——即从众多含噪量子态中制备出单一高保真量子态——是创建此类系统的常用方法。但存在一个难点。
“传统上，魔幻态提纯是计算开销极大的过程，因为它需要大量量子比特，”资深作者Keisuke Fujii解释道，“我们想探索是否存在加速制备量子计算所需高保真态的方法。”
沿着这一研究方向，该团队受到启发，创建了“零级”版本的魔幻态提纯技术。该技术在物理量子比特或“零级”层面开发容错电路，而非在更高、更抽象的层级上实现。与数值模拟中的传统版本相比，这种新方法不仅所需量子比特数量大幅减少，时空开销也降低了约数十倍。
Itogawa和Fujii乐观地认为，量子计算时代并非我们想象的那样遥远。无论称其为魔法还是物理，这项技术无疑标志着向开发能抵御噪声的大规模量子计算机迈出了重要一步。