硬件与量子比特

拓扑量子比特(topological qubit)

今天的大多数量子比特都很脆弱。你把信息存在某种微小而娇气的东西里——一个电子的自旋、超导回路里一闪而过的电流——外界最轻微的一点扰动(一个游离的光子、一点热量、一次磁场抖动)就能把它搅乱。拓扑量子比特押的是另一种思路:与其把信息写在某一个点上、让局部的一次碰撞就抹掉它,不如把它摊开,让任何单独一处其实都不掌握答案。经典的图景是一对马约拉纳模式(Majorana modes)分坐在一根特殊导线的两端;那一比特信息活在它们之间的关系里,而不在其中任何一个上。要想破坏它,环境就得在恰到好处、协调一致的方式下同时扰动相隔很远的两处——这比敲掉一个点要难得多,于是信息靠系统的几何结构来保护,而不是靠外界不停地看护。

可以这样想:把一个秘密写在一张便利贴上,很容易被蹭花或弄丢;但若把它拆成两半、分别放在不同的房间里,要读出任何内容都得两半凑齐——这时一个房间里出一次意外,既不会向偷看者透露任何东西,也不会毁掉任何东西。这种与生俱来的抗错能力正是它全部的吸引力所在。它并不会让量子计算机在任何任务上更快,但能让每个量子比特可靠得多,而这恰恰是当今机器被卡住的瓶颈。问题在于,这目前基本还是一种期望,而非产品。干净地制造、确认并操控马约拉纳模式被证明确实很难,一些引人注目的说法已被收回或受到质疑,至今也没有人造出一个能真正用来做计算的拓扑量子比特。

拓扑保护在硬件层面降低了错误,但并不是魔法——它并不能免除对量子纠错的需求,而且截至今天还没有大规模拓扑量子比特被演示出来;对那些言之凿凿的说法应保持健康的怀疑。

又称
topological quantum bit拓扑量子比特拓撲量子位元