陈根：研究建立新联系，深入了解量子纠错码

文|陈根

量子信息和量子计算以量子力学的纠缠态为基础，随着对量子认识地不断深入，纠错问题、量子密码及有关的量子非克隆定理、量子远程传态、退相干的避免或减小问题，都在逐步被解决。

其中，量子信息作为连接物理学各分支的组织，发挥着越来越重要的作用。特别是量子纠错，描述了在量子计算机和其他复杂的交互系统中如何保护和恢复信息，为现代人对量子引力的理解奠定了基础。

具体来说，量子纠错中的“纠错”是指找到任何不可预见、或不希望预见的信息扰乱。例如，一个计算机文件占据了硬盘的一个特定的小区域，文件的碎片会散落在硬盘的不同区域，然后纠错码会将这些碎片收集起来并恢复原始信息。

虽然科学家们对量子纠错码投入了很多精力，但对代码的作用还是不甚了解，隐藏在信息局部性背后的明确机制依然难以捉摸。

近日，来自肯塔基大学物理和天文学系的研究人员在量子纠错码和二维共形场论之间搭建了一个新平台，后者描述了量子粒子的相互作用，并已成为描述从基本粒子到量子材料（如石墨烯）中出现的准粒子的理论工具。

通常计算机是用二进制数字为基础进行计算的。数字0和1称为经典比特。量子比特由两个不同的量子状态∣0〉和∣1〉（如自旋的上和下）实现。二者最本质的区别是量子比特可处于态的线性叠加上，如α∣0〉 +β∣1〉。

遗憾的是，由于量子不可克隆定理，量子比特不能被复制，没法像经典计算机那样通过重复运算来消除错误，量子纠错必须是全新的方法。目前存在的量子纠错往往是主动纠错，即通过不断的检查错误来判断是否需要修正以及完成修正。这对硬件方面提出了很高的要求，对量子计算机规模的提升产生了限制。

而现在，通过搭建“新平台”，科学家们能够在量子场论的背景下研究量子纠错码的作用。目前，相关研究成果“Solutions of Modular Bootstrap Constraints from Quantum Codes”，已发表在《物理评论快报》上。