据东京大学及日本科学技术振兴机构（JST）新闻稿报道，由东京大学大学院工学系研究科光量子研究中心教授小芦雅斗等人组成的研究团队，提出运用普通计算机对量子计算机的量子错误进行准确、快速评价的数值计算方法，为推动量子计算机的研发带来希望。
量子计算机是一种利用量子力学的基本物理定律进行计算的计算机。与现代计算机基于0或1的两进位构成不同，构成量子计算机比特的除了0和1之外，还有0和1的连续“叠加状态”。量子计算机通过这种“叠加状态”提高了运算潜力，科学家们期待用其更快地解决复杂的素数分解和量子化学计算等问题。目前，Google、IBM、QuTech（Intel）、Rigetti Computing等公司和大学正在积极开发实用的量子计算机理论和技术。
一般发生在量子计算机量子比特中的错误，既包括例如“0比特数值，极少地变成1”的数字性错误 ，又有特有的“一定比例的0和1的重叠错位”的量子错误。（图1， 基于新闻稿翻译）
因为直接关系到纠错机制的设计，在量子计算机的发展中，正确把握这些单元的错误是如何积累，并最终导致得出了不正确的计算结果变得十分重要。然而，上述量子错误本身又产生了一个新的问题：如果要试图简单地追踪量子错误的影响，就必将面临像大规模并行计算这样的困难问题。随着量子计算机的规模越来越大，即使使用超级计算机也无法实现这种跟踪。这意味着没有量子计算机将无法做到错误跟踪，这将陷入为了开发量子计算机，必需先拥有量子计算机环境的两难境地。
研究人员提出的纠正量子计算机量子错误的机制不是对以往使用的量子电路的描述，而是运用“非幺正费米粒子形式体系”描述物理系统时间变化的数学模型。“非幺正费米粒子体系统”的物理性质框架虽已众所周知，但作为量子计算机的性能评估手段还是首次被应用。
虽然原则上我们周围的任何物理现象都可以用量子理论进行描述，可是有许多物理现象也可以很容易地用普通的计算机模拟出来。例如预测激光束通过光纤后的强弱实验，光既可以认为是电磁波的一种，同时从量子角度看也可以认为由光子的粒子组成；当激光通过光纤的时候会发生合波和分波现象，将激光作为粒子进行考虑时，将出现几何级数量的光子叠加的复杂状态，可是将光作为电磁波进行考虑时，只要用计算机简单地计算出光波的振幅就可预测出射出激光的强度。同样，“费米粒子形式体系”的时间变化也可以通过普通的计算机简单地追踪和模拟，这在物理性质研究等方面是已知的事实。
尽管量子计算机的所有操作计算不能都被研究团队开发出的这一高效的处理框架所取代，但它提供了一个运用普通计算机进行量子纠错的有效机制，同时也为通过普通计算机操作量子计算机开拓了新方向。此外，研究表明对量子计算机的高速化没有明显贡献的叠加状态是存在的。这对探明量子计算机高速运行的真正原因更接近了一步。
文/客观日本编辑部
图/东京大学·JST新闻稿
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相关论文（英语）
Yasunari Suzuki, Keisuke Fujii, Masato Koashi. Efficient simulation of quantum error correction under coherent error based on nonunitary free-fermionic formalism.Physical Review Letters, doi: 10.1103/PhysRevLett.119.190503
