一个科学家团队已经研发出一种开创性的技术，用以提高量子计算的效率。

他们创新性地使用量子冰箱将量子比特冷却到接近绝对零度，从而有效地将初始误差降到最低，这对于量子计算的可靠性至关重要。这种方法不仅提高了量子计算的精确度，还为在量子系统中利用热量做功开辟了新的可能性。

量子计算机清理的创新方法

在黑板上解数学题需要一块干净的黑板——上面不能有任何会干扰你解题的杂乱痕迹。量子计算机也面临着类似的挑战：它们需要一个纯净的环境来进行精确计算。美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家与瑞典查尔姆斯理工大学的物理学家合作，开发了一种保持这种工作空间清洁的创新方法。

这一突破解决了量子计算中的一个关键难题：确保超导量子处理器中的比特（称为“量子比特”）不出现错误，并且随时可用于计算。量子比特对热量和辐射极为敏感，热量和辐射会干扰它们的计算，就像黑板上杂乱的粉笔痕迹会歪曲数学问题一样。

提高量子计算效率

在计算后擦除这些量子比特，需要将其冷却到接近绝对零度的低温，并保持在该温度。研究团队的方法之所以比其他最先进的擦除量子比特“黑板”的方法更有效，是因为它能达到更低的温度，而且它以一种新颖的方式实现了这一点——利用保持计算机低温的冰箱的两个部分之间的热流为“橡皮擦”提供动力。这种方法可能以其他方式证明自己的有用性。

“本论文中的技术将有利于量子计算机，”该团队的妮可·云格·哈尔彭（Nicole Yunger Halpern）说道，她是NIST与马里兰大学量子信息和计算机科学联合中心（QuICS）的物理学家。“它有望解决量子计算机设计中的一个问题，同时也表明我们可以从计算机冰箱的一个部位导出热量，并将热量转化为功。该技术或将带来我们前所未见的技术能力。”

该团队对该方法的原理验证演示已于1月9日发表在《自然·物理》期刊上。

超导量子比特科学

尽管量子计算机还远未成熟，但仍是人们激烈研究的对象，因为它们具备执行某些任务的潜力，而这些任务是传统计算机难以轻易完成的，包括模拟药物设计中至关重要的复杂分子结构。这些预期功能源自量子位（qubit）和传统计算机中的位（bit）之间的差异：传统位只能存在两种状态，即1或0，而量子位却能同时拥有这两个值，从而使量子计算机理论上能够同时筛选出大量可能的解决方案。

一种很有前途的制备量子比特的方法是使用超导电路来制备，研究团队在其研究中使用的就是这种方法。超导量子比特具有可调谐性等优势：实验人员可以按需改变量子比特的特性。然而，即使是超导量子比特，也很可能迅速出错，从而破坏计算。

量子纠错领域取得开创性成果

清除超导量子位意味着将其重置为能量最低的状态，这已被证明是棘手的。重置量子位的一个有效方法，就是将其冷却到尽可能低的温度，降至数十毫开尔文（mK），即绝对零度以上千分之一度的范围。迄今为止，最佳的复位方法能将量子位带到40-49毫开尔文的范围内。虽然这些数字听起来不错，但并不够好，该论文的合著者、查尔姆斯理工大学量子物理学家阿米尔·阿里说，该团队的实验工作便是在该校进行，并由首席研究员西蒙·加斯帕里尼蒂监督。

阿里（Ali）说：“在量子计算机中，初始错误会随着计算的进行而累积。”“你一开始能消除的错误越多，以后就能越省力。”

该团队的方法可以将量子位冷却到22毫开尔文。这一改进将更彻底地清除底板，降低初始错误为后续带来麻烦的可能性。

“如果不能将量子比特冷却到那么低的温度，你就无法如此彻底地清除信息，”云格·哈尔彭说。

研究团队运用一种“量子制冷”技术达成了这些性能数据，而这种技术在实用机器中还从未被运用过。冰箱通过利用某种能量将热量从冰箱内部移走来为物体降温。在传统的厨房冰箱中，能量源是电能，但量子冰箱将利用计算机中其他部分的热量来完成这项工作。

该小组的冰箱使用另外两个量子比特作为其组件。其中一个量子比特（连接到计算机的较热部分）将作为能量供应源。第二个量子比特将作为热沉，吸收计算量子比特多余的热量。在实际的量子计算机中，如果计算量子比特（即黑板）过热，冰箱的第一个量子比特会将计算量子比特的热量抽送到热沉中，热沉将带走热量，使计算量子比特恢复到接近基态，从而擦除黑板。

此过程自主运行，几乎无需外部控制或额外资源来维持计算量子位元的计算能力。

“我们认为这种方法将为更可靠的量子计算铺平道路，”阿里说。“目前很难管理量子计算机中的错误。从更接近基态的状态开始，将减少你需要纠正的错误数量，在错误发生之前就减少错误。”