劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)先进量子试验平台(AQT)的研究人员证明，一种被称为随机编译(RC)的实验方法可以显着降低量子算法的错误率，并能导致出现更准确和更稳定的量子计算，而不再只是量子计算的理论概念。这个由多学科团队取得的突破性实验结果发表在近期的《Physical Review X》上。AQT的实验是在4量子比特的超导量子处理器上进行的。研究人员证明，RC可以抑制量子计算机中最严重的一种错误类型：相干错误。

参与这项实验突破的AQT研究员、加州大学伯克利分校的研究生Akel Hashim解释说：“我们可以在这个嘈杂中型量子(NISQ)计算时代进行量子计算，但这些机器非常嘈杂，容易出现来自许多不同来源的错误，并且由于量子比特的退相干性(即信息丢失)使得计算过程不会持续很长时间。”

相干错误是经典计算中没有的。这种类型的错误是系统性的，是由于量子处理器上的量子比特控制不完善造成的，并且可能会在量子算法执行过程中产生建设性或破坏性的干扰。因此，很难预测它们对算法性能的最终影响。尽管从理论上讲，可以通过完美的模拟控制来纠正或避免相干错误，但由于控制相邻量子比特信号时会存在“串扰”，当将更多的量子比特添加到量子处理器时，它们往往会更加恶化。

RC协议于2016年首次概念化，它不会尝试修复或纠正相干错误。相反，RC通过随机化相干错误对量子比特方向的影响来缓解这个问题，这样它们的行为就好像它们是一种随机噪声。RC通过创建、测量和组合许多逻辑等效的量子电路的结果来实现这一目标，从而平均了相干错误对任何单个量子电路的影响。

Akel Hashim说：“平均而言，随机噪声会以相同的平均错误率持续出现，因此我们可以可靠地预测平均错误率的结果。随机噪声永远不会比平均错误率更严重地影响我们的系统。但这对于相干错误而言并非如此，其对算法性能的影响可能比平均错误率所暗示的要糟糕几个数量级。”

Hashim使用天文学中信噪比的类比来比较量子计算中相干错误与随机噪声的影响。望远镜工作的时间越长，信号相对于噪声的增长就越大，因为信号会以相干的方式建立在自身之上，而非相干和不相关的噪声将增长得更慢。量子算法中的相干错误可以通过建设性的干扰自行建立，并且它通常比随机噪声增长得更快。然而，RC的实验表明，可以控制量子算法中的相干错误以更慢的速度增长。

AQT团队与该协议的原始创建者Joseph Emerson和Joel Wallman密切合作，他们共同创立了Quantum Benchmark公司(最近被是德科技收购)，以解决量子计算系统中的基准测试和减少错误的问题。

Hashim说：“不必自己设计软件来执行RC协议，这最终为我们节省了大量时间和资源，并使我们能够专注于实验工作。”

通过引入来自美国和世界量子信息科学界的研究人员和合作伙伴，AQT使基于领先技术之一的超导电路的量子计算的探索和发展成为可能。

Hashim说道：“RC是基于门的量子计算通用协议，它与特定的错误模型和硬件平台无关……有许多应用程序和算法类别可以从RC中受益。我们的合作研究表明，RC致力于改进NISQ时代的算法，我们预计它将继续成为NISQ之外的有用协议。在我们AQT工具箱中进行的成功演示非常重要。我们现在可以将它部署到其他测试平台的用户项目上。”（编译:Qtech）