未来的量子计算机背后的技术正在快速发展，有几种不同的方法正在进行中。量子计算机的许多策略，或称为"蓝图，"依赖于原子或类似人工原子的电路。在《物理评论X》杂志上发表的一项新的理论研究中，加州理工学院的一组物理学家展示了一种较少被研究的方法的好处，这种方法不是依靠原子而是依靠分子。
“在量子世界里，我们已经有了几个蓝图，我们正在同时对它们进行改进，”论文的第一作者、理论物理学Lee A. DuBridge博士后学者维克多·艾伯特说。自2001年以来，人们一直在考虑使用分子来编码信息，但现在我们向大家展示分子比原子更复杂，如何在量子计算中减少错误
量子计算机的核心是所谓的量子位。这些比特与经典计算机中的比特相似，但与经典比特不同的是，它们可以经历一种称为叠加的奇异现象，即它们同时以两种或两种以上的状态存在。就像著名的施罗德的猫思维实验，描述了一只同时死亡和活着的猫，粒子可以同时以多种状态存在。叠加现象是量子计算的核心:量子位元可以同时呈现多种形式，这意味着它们的计算能力比经典位元以指数级增长。
但是叠加的状态是很微妙的，因为量子位元很容易坍缩出它们想要的状态，而这导致了计算错误。
"在经典的计算中，你必须担心位翻转，在这种情况下，a = x27;位到a '反之亦然，这会导致错误，"说Albert。这就像抛硬币，很难做。但是在量子计算中，信息存储在脆弱的叠加中，即使是相当于一阵风的量子也会导致错误
然而，如果一个量子计算机平台使用由分子组成的量子位，研究人员说，这些类型的错误比在其他量子平台上更有可能被防止。新的研究背后的一个概念来自工作近20年前,加州理工学院的研究人员约翰·Preskill理查德·p·费曼理论物理学的教授和研究所所长量子信息和物质(IQIM)和阿列克谢•Kitaev罗纳德和玛克辛林德加州理工学院理论物理和数学教授及其同事丹尼尔·戈特斯曼(博士& # x27; 97)周边研究所的安大略省,加拿大。当时，科学家们提出了一个漏洞，可以为一种叫做海森堡测不准原理的现象提供一种解决方法，该原理是1927年由德国物理学家维尔纳·海森堡提出的。该原理指出，人们不可能同时非常精确地知道一个粒子的位置和去向。
"艾伯特说:有一个笑话，海森堡被一名警察拦下，警察说他知道海森堡的时速是90英里，海森堡回答说:“现在我不知道我在哪里。”
测不准原理对量子计算机来说是一个挑战，因为它意味着量子位的量子状态不能被充分了解以确定是否发生了错误。然而，戈特斯曼、基塔耶夫和普雷斯基尔指出，虽然粒子的确切位置和动量无法测量，但可以探测到它的位置和动量的微小变化。这些变化可以显示出发生了错误，从而使系统返回到正确的状态成为可能。这种错误校正方案，以其发现者的名字命名为GKP，最近已被应用于超导电路器件中。
"说，错误是可以的，但只有在我们知道它们发生的情况下。Preskill是《物理评论X》论文的合著者，同时也是由能源资助的新科学中心量子系统加速器的科学协调员。纠错的全部意义在于最大限度地提高我们对潜在错误的认识
在这篇新论文中，这一概念被应用于旋转分子的叠加。如果分子的方向或角动量发生少量的位移，这些位移可以同时得到修正。
“我们想要追踪量子信息在噪音下的演化过程，”艾伯特说。噪音把我们弄得心烦意乱。但如果我们仔细选择分子的叠加位置，状态，我们可以测量方向和角动量，只要它们足够小。然后我们可以将系统退回来进行补偿。"
雅各布·柯维是这篇论文的合著者，他曾是加州理工学院的博士后学者，最近加入了伊利诺伊大学，他说最终有可能单独控制用于量子信息系统的分子。他和他的团队已经在使用光学激光束，或称"镊子，"来控制单个中性原子(中性原子是量子信息系统的另一个有前景的平台)方面取得了很大进展。
分子的吸引力在于它们是非常复杂的结构，可以非常密集地排列，柯维说。如果我们能想出如何在量子计算中利用分子，我们就能稳健地编码信息，并提高量子位的封装效率
Albert说，他自己、Preskill和Covey三人组提供了理论和实验专业知识的完美结合，从而取得了最新的成果。他和Preskill都是理论家，而柯维是实验主义者。能有像John这样的人来帮助我建立纠错码理论的框架真是太好了，而Jake对实验室里正在发生的事情给予了重要的指导
Preskill说，"这是一篇我们三个人谁也写不出来的论文。量子信息领域真正有趣的地方在于，它鼓励我们在这些分界之间进行互动，而加州理工学院，以它很小的规模，是完成这项工作的最佳地点
《物理评论X》研究项目名为"分子中量子位的稳健编码，"是由陆军研究办公室、国家科学基金会(NSF)和加州理工学院资助的。
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