量子突破性进展："魔幻态"制备更易、生成更快、噪声干扰大幅减少

数十年来，量子计算机——其计算速度比传统计算机快数百万倍——一直是一个诱人却遥远的目标。然而，量子物理学的一项新突破可能刚刚加速了这一时间表。

在发表于PRX Quantum期刊上的一篇文章中，大阪大学工程科学研究生院及量子信息和量子生物学中心的研究人员提出了一种新方法。该方法可用于制备高保真“魔法态”以供量子计算机使用，其所需的开销显著减少且精度前所未有。

量子计算机利用量子力学的奇妙特性（如纠缠和叠加态），其计算效率远超经典计算机。此类机器有望在工程、金融和生物技术等不同领域催化创新。但在实现之前，有一个重大障碍必须克服。

"量子系统一直极易受噪音干扰，"首席研究员糸川智广解释道，"即使温度最轻微的波动或外部来源的单个杂散光子，都足以轻易破坏量子计算机的设置，使其失效。噪音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，即使在噪音干扰下也能持续准确运算。魔法态蒸馏法——即从众多含噪量子态中制备单个高保真量子态——是构建此类系统的常用方法。但这存在一个难题。

"传统上，魔法态蒸馏是计算开销极高的过程，因其需要大量量子比特，"资深作者藤井启介阐述道，"我们想探索是否有任何方法能加速制备量子计算所需的高保真态。"

沿着这一研究方向，该团队受到启发，创建了"零级"版本的魔法态蒸馏法。该方法在物理量子比特或"零级"层面开发容错电路，而非在更高级别的抽象层面。数值模拟表明，相较于传统方法，这种新技术不仅所需量子比特数量大幅减少，其空间和时间开销也降低了约数十倍。

糸川和藤井乐观地认为，量子计算时代并非如我们想象的那样遥远。无论称之为魔法还是物理，这项技术无疑标志着朝着开发能抵御噪音的大规模量子计算机迈出了重要一步。