错误校正由于量子位的错误敏感性,因此错误校正是必要的。在某些情况下,可以使用经典算法检测错误的数量。但这有一个限度。更重要的方法是与其他量子比特重复计算。由于量子信息无法直接复制,因此只能通过传播信息来实现,研究人员已经为此开发了方法。利用超导量子比特,估计需要增加 1000 个物理量子比特才能使 1 个逻辑量子比特完美地工作。 5 当量子计算机拥有几千个逻辑量子位时,只有在某些类型的计算问题(例如解密加密(参见第 2 部分))上,量子计算机才比传统计算机具有量子优势。对于超导变体,需要数百万个物理量子比特才能使这些计算机完美地运行。我们还没到那儿。目前,IBM 似乎在 Osprey 量子计算机方面取得了最大进展,该计算机将于 2022 年底推出,由 433 个物理量子比特组成。
量子比特或量子位元是经典信息比特的量子类比。经典比特只能具有 0 或 1 的值,而量子比特则由量子态描述。量子叠加意味着量子比特可以同时表示两个状态。这种行为对计算能力的增强具有重要意义。使用 N 个量子比特,我们可以表示 2N 个状态(即,表示的状态数量随着量子比特的数量呈指数增长)。请注意,当在量子算法的末尾应用量子测量时,整个叠加会坍缩为一个状态。因此,我们必须多次运行一种算法,并根据各个状态的统计分布得出结论。通过多次重复,我们可以达到指数级的速度。然而,这种计算能力的提高需要开发新的量子算法并摆脱传统计算。10 还有许多技术难题挑战我们实现大规模量子计算的能力。