研究人员发现用于量子计算的“神奇”成分

此几何p表示魔术状态的概念及其与上下文的关系。三角形区域包含不是魔术的量子态，并且不表现出上下文关系。三角形外部的状态确实表现出上下文关系，并且可以用作量子计算的魔术状态模型中的资源。

一项新发表的研究表明，在容错量子计算，魔术状态蒸馏的领先模型中，量子上下文是量子加速的关键资源。

滑铁卢量子计算研究所（IQC）的研究人员发现一种形式的量子“怪异”是构建量子计算机的关键要素。

在《自然》杂志上发表的一篇论文中，IQC研究人员表明，量子上下文是实现通用量子计算所需的“魔术”的必要资源。

“在获得这些结果之前，我们不一定知道物理设备需要什么资源才能获得量子信息的优势。现在我们知道了，” IQC博士后研究员，该论文的主要作者马克·霍华德（Mark Howard）说。“在研究人员致力于构建通用量子计算机的过程中，了解所需的最少物理资源是寻找利用量子世界力量的重要一步。”

利用通用量子计算机功能的主要障碍之一是找到控制脆弱量子状态的实用方法。在这种情况下，霍华德和IQC研究人员约瑟夫·艾默生和乔尔·沃尔曼从理论上证实了上下文是实现量子计算优势所需的必要资源。

什么是情境？

上下文关系是量子理论的“怪异”特征之一，它使量子世界与经典世界有所不同。在古典世界中，测量仅显示测量之前系统具有的属性，例如颜色。

在量子方面，您通过测量发现的属性不仅是系统在测量过程之前实际拥有的属性。您观察到的内容必然取决于您进行观察的方式–它取决于实验的“背景”。

魔术量子态是上下文相关的

量子设备极难制造的原因之一是因为它们必须在抗噪声的环境中运行。术语“魔术”是指一种特殊的方法，用于构建称为魔态蒸馏的抗噪量子计算机。为了克服有害噪声的有害影响，已经开发了称为“容错”的技术。

魔术状态是至关重要的但难以实现和维护的额外成分，可以增强量子设备的功能，从而提高量子计算机的处理能力。通过将这些魔术状态识别为上下文，研究人员将能够阐明不同方法所涉及的权衡。这可能有助于设计新的算法，从而更充分地利用这些魔术状态的特殊属性。

应用数学副教授和加拿大高级研究学院（CIFAR）研究员艾默生说：“结果使我们对量子计算的性质有了更深入的了解，并且阐明了设计现实的量子计算机的实际要求。”“我希望结果将帮助理论家和实验家找到更有效的方法来克服不可避免的噪声和其他误差源所施加的限制。”

情境和扑克牌

为了更好地理解上下文关系，请想象一下交出一张纸牌。这将是红色西装或黑色西装–两次测量结果。

现在，想象九张扑克牌以三行三列的网格布局。量子力学预测有些似乎矛盾的地方–每行必须有偶数个红卡，每列必须有奇数个红卡。尝试绘制一个遵守这些规则的网格，您将发现它是不可能的。这是因为量子测量不能解释为仅以显示卡既显示红色或黑色西装的方式揭示现有属性。这是量子力学怪异的一部分。

出版物：马克·霍华德（Mark Howard）等人，“情境为量子计算提供了“魔术”，《自然》（2014年）； doi：10.1038 / nature13460

研究报告的PDF副本：上下文为量子计算提供了魔力

图像：滑铁卢大学