「魔幻狀態」讓量子電腦突破錯誤限制 實現革命性運算

量子電腦終於克服了最棘手的錯誤問題，而關鍵就在於一種神奇的量子狀態。科學家們近期研發出一套完整的容錯運算系統，這將是實現實用量子電腦的重要里程碑。

在arXiv.org發表的兩篇論文中，研究團隊成功創造出被稱為「魔幻狀態」的特殊量子態。這種狀態不僅是量子運算的核心元件，更展現出足以抵抗錯誤的優異品質。量子運算雖能利用微觀物理特性完成傳統電腦做不到的計算，但其脆弱的量子位元(qubit)卻容易產生運算錯誤。為此，科學家正致力開發能即時修正錯誤的容錯量子電腦。

華盛頓大學物理學家Boris Blinov指出：「這項研究基本上補足了完整容錯量子電腦架構的最後一塊拼圖。」研究團隊使用Quantinuum公司研發的兩台量子電腦，這些設備以帶電離子作為量子位元。

所謂「魔幻狀態」的運作原理相當巧妙：當量子位元被預先置入這種特殊狀態時，原本難以直接執行的運算操作，就能透過較簡單的操作來實現。Quantinuum量子物理學家Dave Hayes形容：「在某種意義上，魔幻狀態就像是賦予量子電腦強大能力的基石。」

研究團隊採用了兩種創新方法來提升魔幻狀態的品質：

第一種方法先產生魔幻狀態，再透過錯誤檢測技術篩選出品質良好的狀態。Quantinuum數學家Shival Dasu解釋：「如果成功產生理想狀態就保留，否則就重試直到成功為止。」

第二種方法則交替使用兩種不同的錯誤修正技術：一種專門用來準備魔幻狀態，另一種則適合執行運算操作。這兩種方法不僅大幅提升了運算容錯能力，更顯著減少了所需的量子位元數量。例如，Dasu的團隊僅使用8個量子位元就能產生魔幻狀態，未來預計使用40個位元就能創造出更優異的狀態，這遠比早期理論預估需要數十萬個位元要有效率得多。

英國Universal Quantum公司執行長Sebastian Weidt認為：「這項研究顯著降低了實現量子應用所需的位元數量，他們採用的創新方法達到了前所未有的品質水準。」這項突破將加速大型量子電腦的發展，有望解決現今無法處理的複雜問題。