量子電腦看似未來科技，但其內部卻暗藏著一系列微小的錯誤，這些錯誤不斷累積並彼此影響。來自澳洲及國際科學家的最新突破顯示，量子機器內部的錯誤不僅僅是瞬時的故障，它們能夠持續存在、演變，甚至隨著時間連結，形成一種隱藏的記憶，這一點挑戰了當前對量子系統行為的假設。研究團隊首次成功重建了工作中的量子電腦內部錯誤演變的完整時間解析圖像。這一進展可能會改變科學家設計、診斷及最終修復未來量子機器的方式。
此次研究由麥考瑞大學的克里斯蒂娜·賈瑪齊博士主導，重點在於理解為何量子電腦在硬體迅速進步的情況下仍然如此脆弱。賈瑪齊博士表示，我們可以將其視為量子電腦保留了錯誤的記憶，這些錯誤可以是經典的或量子的，具體取決於這些錯誤的聯繫方式。
其中一項最令人驚訝的發現是，許多量子協議假設機器是無記憶的，意味著過去的錯誤不會影響未來的錯誤。研究團隊發現，錯誤可以在多個時間點之間保持相關性，這一現象被稱為非馬可夫噪聲。這種行為是量子電腦在實際應用中擴展的一大障礙。賈瑪齊博士表示，我們能夠重建量子過程在多個時間點的整體演變，這在之前是無法做到的。這讓我們不僅能看到噪聲何時發生，還能了解它如何隨時間延續。
這項實驗在昆士蘭大學的先進超導量子處理器上進行，同時也利用了IBM的雲端量子電腦。
至今為止，測量量子系統的過程中，一個主要挑戰一直阻礙進展：在實驗中進行測量通常會使系統狀態崩潰，這使得無法為下一步重置狀態。研究人員通過假設測量結果一半的時間為0，另一半為1，然後使用軟體向後推算重建系統的先前狀態來解決這一問題。斯德哥爾摩Nordita的合著者法比奧·科斯塔博士表示，硬體能夠實現這一點。我們找到了在中途測量後如何準備系統的方法。
通過這種方法，研究團隊揭示了微妙但關鍵的與時間相關的噪聲模式，包括由於同一晶片上相鄰量子位之間的相互作用而引起的量子噪聲。理解這些模式可能有助於科學家們開發更好的錯誤修正工具，這是邁向容錯量子計算的重要一步。昆士蘭大學的博士生泰勒·瓊斯表示，當理論模型能在實際硬體上實現時，令人感到十分欣慰。對於構建強大量子機器的過程中，需要對量子系統中的時間關聯進行穩健的表徵。
研究團隊已經將數據和代碼公開，為全球量子社群提供了新的工具，以應對該領域最艱難的問題之一，完整研究發表於《Quantum》期刊中。
