安全|新研究证明可媲美经典LDPC码的渐进良好量子局部可试纠错方法

经过数个世纪的发展,从石碑、纸张、再到数字媒体,人类已学会将信息转化为更加稳定可靠的实用形式 。从 1980 年代开始,研究人员开始对如何将信息存储在量子计算机中开展理论研究,因其很容易受到各种原子级错误的影响 。到 1990 年代,科学家们更是找到了一些与传统方案相比,更加令人难以置信、且兼顾效率与可靠性的新方法 。
安全|新研究证明可媲美经典LDPC码的渐进良好量子局部可试纠错方法
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在 11 月 5 日的预印本(PDF)中,莫斯科国立大学的 Pavel Panteleev 和 Gleb Kalachev 在一篇新文章中指出 —— 至少在理论上,量子信息可以做到像经典信息一样得到保护、免受错误的影响 。
德国伍伯塔尔大学的 Jens Eberhardt 评论道:“为达成这项巨大的成就,Pavel 与 Gleb 不仅采用了两套极其兼容的经典方案,还结合了他们新发明的技术来证明这一点” 。

good quantum LDPC codes and classical LTCs(via)
当今量子计算机只能使用大约 100 个量子比特,但我们需要成千上万的规模,才能让它们真正发挥作用 。
随着量子比特数的增长,量子数据的新方法可维持恒定的性能,因而有助于将未来量子计算机的体型和复杂性保持在最低限度 。
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作者还展示了他们的量子方法在经典信息的可测试错误方面发挥长期作用,同时在另一组经典方法中发现了相同的能力 。
以色列魏茨曼科学研究所的 Alex Lubotzky 表示:“让人感到惊讶的是,一个空窗 30 年的基础问题,却是由两个不同的团队同时搞定的” 。

由于我们无法永远完美地保护信息免受所有错误的影响,因而能够尝试在数学上将经典信息(例如单词或数字)表示为二进制数字,或者比特位(由 1 和 0)组成的序列 。
但当我们在实际电路上构建这些比特位时,我们会遇到预期之外的电气交互 —— 通常称之为噪声 —— 这种情况或导致比特位随机翻转至错误的数值 。
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早在 1940 至 50 年代,Claude Shannon 和 Richard Hamming 就率先找到了一个能够在计算开始之前检测和纠正错误的解决方案 。
从表示原始数据的初始位序列(例如 110101 可能表示数字 53)开始,他向序列中添加了新位(作用类似与凭据),以指定某些初始位该如何求和 。
比如在 110101 后附加一个数字 0,来告诉我们所有其它位的总和为偶数 。再通过检查数据位与接收位,便可定期开展检测、定位和纠错 。

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