約翰霍普金斯應用物理實驗室（APL）與約翰霍普金斯大學的研究人員合作，開發了一個全面的框架，以對超導量子處理器的量子噪聲進行建模。這項研究預期將有助於開發更好的錯誤修正策略，最終實現容錯的量子計算機。量子計算是計算領域的下一個重大突破，研究人員熱衷於發展其指數級的計算速度。即使是全球最快的超級計算機，與僅具數百量子位的量子計算機相比，也顯得相形見絀。然而，量子計算機尚未被部署以解決現實世界的問題，原因在於量子計算中的錯誤積累。
量子位（qubit）天然容易受到噪聲影響，温度變化或電場和磁場的變動都可能導致錯誤的積累，因此需要建立穩健的錯誤修正機制。由 APL 物理學家格雷戈裏·基羅茲（Gregory Quiroz）領導的研究團隊決定研究多量子位量子計算機在實際運行環境中的量子噪聲。他們訪問了一個包含 39 個量子位的量子雲，這些量子位分佈在七個超導設備中。研究人員特別關注 transmon，一種對電場噪聲敏感性較低的超導量子位。
APL 研究團隊成功建模量子噪聲以促進量子計算發展
使用基於雲的系統還帶來了另一個挑戰，因為研究人員沒有對硬件的低層次訪問權限。然而，基羅茲指出，這一挑戰類似於現實中的模擬，因為用户在專有系統中通常也無法進行低層次的硬件訪問。研究團隊並未詳細研究單個操作的噪聲效應，而是在量子雲上進行重複計算，以累積錯誤。通過觀察錯誤的積累及其與預期結果的偏差，研究人員獲得了有關物理系統運作的寶貴見解。
以往研究量子計算中錯誤的嘗試通常僅針對一種類型的錯誤，無論是相干錯誤還是非相干錯誤。非相干錯誤是指量子位上存儲的信息丟失，對此幾乎無法進行修正。而相干錯誤則是由硬件缺陷引起的，因此是可修正的。有趣的是，APL 在量子雲上工作的方式使他們能夠在同一框架中研究非相干和相干錯誤。博士後研究員小田康雄（Yasuo Oda）表示：「我們能夠將各種錯誤整合到一個模型中，該模型在參數方面簡單，但在能夠描述的現象類型上卻相當全面，甚至可以預測小型量子算法的性能。」
基羅茲在新聞稿中表示：「現在我們擁有這個低重量噪聲模型，便有機會在量子計算堆棧的各個層面上應用它，從硬件設計到算法設計，再到錯誤修正。我們從模型中獲取的信息可以影響量子計算堆棧的每一層。」這項研究成果已發表在《PRX Quantum》期刊上。
