澳洲的研究人員開發了一種新型的量子錯誤修正方法，這有望顯著減少設計量子電腦所需的量子比特數量。這項研究由悉尼大學的理論量子物理學家 Dominic Williamson 博士領導，提出了一種應用規範理論的新方法。美國的 IBM 也就是所謂的「藍色巨人」支持這項研究。該公司已經將這一設計元素納入其量子計算的長期規劃中，這是一項新興技術，預計將在密碼學、材料科學、藥物發現和複雜系統建模方面帶來進展。
然而，從實驗室實驗過渡到實際的容錯計算機仍然是一個主要挑戰，這主要是由於量子錯誤修正（QEC）的問題。Williamson 指出，現階段理論和實驗開始趨於一致。現在最大的問題是如何設計可以有效擴展以解決實用問題的量子電腦。他補充說，我們的工作提供了一個有前景的藍圖。
量子電腦依賴於量子比特，這是其基本的信息單元，這些量子比特存在於多重狀態的超位置中，可以同時表示 0 和 1。然而，量子狀態極為脆弱，容易受到噪聲和退相干的干擾。為了解決這個問題，科學家們使用量子錯誤修正，這是一種已知能夠識別並修復這些干擾所造成錯誤的算法。但傳統方法需要大量額外的量子比特。
Williamson 強調，量子電腦的計算方式與經典計算機根本不同。但任何與環境的意外互動都可能摧毀賦予其強大能力的量子效應。在這個項目中，Williamson 利用規範理論，這是一種將局部相互作用與全球守恆法則相結合的框架，並找到了一種方法來追蹤系統中的全球量子信息活動，類似於量子硬盤。Williamson 表示，規範只是一種數學構造，提供了對於任何定義系統的一組局部坐標。對於我們來說，規範理論允許在局部層面進行坐標系統的變換，而系統的實際全球性質保持不變。
Williamson 表示，這一理念源自標準模型，旨在更有效地減少量子計算中的錯誤。這種方法使用了一種結構，將量子記憶與邏輯處理器系統連接。同時，該方法引入了合成的類規範自由度，以在不局部崩潰編碼量子狀態的情況下測量全球邏輯信息。團隊使用擴展圖來安排這些結構，以實現高效擴展。Williamson 說，規範理論引入了額外的自由度，能夠跟蹤全球性質，而不會強迫系統進入確定的局部狀態。他在一份新聞稿中總結道，我們意識到類似的理念可以用來處理局部量子信息。
這項研究提供了一種靈活的設計方案，旨在實現錯誤修正的量子計算，保持先進的量子記憶效率並增加處理能力。該系統避免了過多的量子比特重複。研究成果已發表在《自然物理學》期刊上。
