將粒子物理學方法應用于量子計算

借用高能物理和天文學教科書的一頁內容，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)的一組物理學家和計算機科學家成功地將通用的減少錯誤的技術應用于量子計算領域并將其應用于量子計算領域。

在亞原子粒子和巨型粒子探測器，遙遠的星系和巨型望遠鏡的世界中，科學家們學會了不確定地生活和工作。他們經常試圖從大量其他粒子相互作用和本底“噪音”的糾纏中找出超稀有的粒子相互作用，這會使他們的狩獵更加復雜，或者試圖濾除大氣畸變和星際塵埃的影響以提高天文分辨率成像。

另外，探測器固有的問題，例如記錄所有粒子相互作用或精確測量粒子能量的能力，可能導致數據被與其連接的電子設備誤讀，因此科學家需要設計形式復雜的濾波器計算機算法，以減少誤差范圍并返回最準確的結果。

噪聲和物理缺陷的問題，以及減少錯誤發生頻率和嚴重程度的糾錯和緩解錯誤算法的需求，在量子計算的雛形領域中也很常見，一項研究發表在《npj Quantum》雜志上信息發現，似乎也有一些通用的解決方案。

伯克利實驗室物理學家本·納赫曼(Ben Nachman)是伯克利實驗室ATLAS小組成員，曾在歐洲核子研究中心(CERN)從事粒子物理實驗。該研究的合著者。ATLAS是CERN的大型強子對撞機(世界上最大，功能最強的對撞機)的四臺巨型粒子探測器之一。

該研究的主要作者納赫曼說：“在ATLAS，我們經常必須'展開'或校正探測器的影響。” “人們多年來一直在開發這種技術。”

在大型強子對撞機的實驗中，稱為質子的粒子以每秒約10億次的速度碰撞。為了應對這種令人難以置信的繁忙，“嘈雜”的環境以及與能量分辨率和與探測器相關的其他因素相關的內在問題，物理學家使用糾錯“展開”技術和其他過濾器將這種顆粒混雜降到最有用，最準確數據。

納赫曼說：“我們意識到當前的量子計算機也非常嘈雜，”因此，找到一種減少這種噪聲并最大程度地減少錯誤(減輕錯誤)的方法，是推進量子計算的關鍵。他指出：“一種錯誤與您的實際操作有關，而一種錯誤與讀取量子計算機的狀態有關。” –第一種錯誤稱為門錯誤，第二種錯誤稱為讀出錯誤。

最新研究集中在一種減少讀數錯誤的技術上，該技術被稱為“迭代貝葉斯展開”(IBU)，這是高能物理學界所熟悉的。該研究將這種方法與其他糾錯和緩解技術的有效性進行了比較。IBU方法基于貝葉斯定理，當存在與此事件相關的其他條件時，該方法提供了一種數學方法來查找事件發生的可能性。

Nachman指出，該技術可以應用于經典計算機的量子模擬，這種計算機被稱為基于通用門的量子計算機。