南加州大学的科学家已经展示了一种提高量子计算机性能的理论方法，这是扩大技术的重要一步，可以解决一些社会面临的最大挑战。

该方法通过抑制错误的计算同时提高结果的保真度来解决困扰下一代计算机性能的弱点，这是在机器能够按预期超越经典计算机之前的关键步骤。它被称为“动态解耦”，它在两台量子计算机上运行，​​比其他补救措施更容易，更可靠，并且可以通过云访问，这是动态解耦的第一个。

该技术管理断续的微小聚焦能量脉冲突发，以抵消干扰敏感计算的环境干扰。研究人员报告称，他们能够维持量子态长达三倍于不受控状态的量子态。

“这是向前迈出的一步，”南加州大学电子工程，化学和物理学教授，南加州大学量子信息科学与技术中心(CQIST)主任Daniel Lidar说。“没有错误抑制，量子计算就无法超越经典计算。”

结果发表在今天的物理评论快报上。Lidar是南加州大学维特比工程学教授，也是该研究的通讯作者;他领导了CQIST的一个研究小组，这是USC Viterbi工程学院和USC Dornsife文学，艺术和科学学院的合作。IBM和Bay Area初创公司Rigetti Computing为其量子计算机提供了云访问。

量子计算机速度快但易碎

量子计算机有可能使当今的超级计算机变得过时，并推动医学，金融和国防能力的突破。它们利用与硅计算机芯片完全不同的原子的速度和行为来执行看似不可能的计算。

量子计算具有优化新药物疗法，气候变化模型和新机器设计的潜力。它们可以实现更快的产品交付，降低制成品的成本和更高效的运输。它们由量子比特，亚原子主力和量子计算的构建块提供动力。

但是量子比赛与高性能赛车一样具有气质。它们快速且高科技，但容易出错并需要稳定性来维持计算。当它们不能正常运行时，它们会产生较差的结果，这限制了它们相对于传统计算机的能力。世界各地的科学家尚未实现“量子优势” - 量子计算机在任何任务上都优于传统计算机。

问题是“噪音”，这是对声音，温度和振动等扰动的全能描述。它可以破坏量子比特的稳定性，这会产生“退相干”，这会扰乱量子态的持续时间，从而减少量子计算机执行任务的时间，同时获得准确的结果。

“噪声和退相干有很大的影响和破坏计算，而噪声太大的量子计算机也没用，”Lidar解释道。“但如果你能解决与噪音相关的问题，那么你就会开始接近量子计算机变得比经典计算机更有用的地步。”

USC研究涉及多个量子计算平台

南加州大学是世界上唯一一所拥有量子计算机的大学;其1098-qubit D-Wave量子退火炉专门用于解决优化问题。作为USC-洛克希德马丁量子计算中心的一部分，它位于南加州大学信息科学研究所。然而，最新研究成果不是在D-Wave机器上实现的，而是在小规模的通用量子计算机上实现的：IBM的16-qubit QX5和Rigetti的19-qubit Acorn。

为了实现动态解耦(DD)，研究人员使用紧密聚焦的定时脉冲微小电磁能量对超导量子比特进行了洗涤。通过操纵脉冲，科学家能够将微量环境中的量子位包围，与周围环境噪声隔离或去耦，从而使量子态永久化。

“我们尝试了一种简单的机制，以减少机器中的错误，结果证明是有效的，”南加州大学维特比的电气工程博士生，该研究的第一作者Bibek Pokharel说。

实验的时间序列非常小，最多200个脉冲跨越600纳秒。十亿分之一秒或一纳秒，是光行进一英尺所需的时间。

对于IBM量子计算机，最终保真度提高了三倍，从28.9%提高到88.4%。根据该研究，对于Rigetti量子计算机，最终保真度提高了17%，从59.8升至77.1。科学家们测试了保真度改进的持续时间，并发现更多的脉冲总能改善Rigetti计算机的重要性，而IBM计算机的脉冲数量限制在100左右。

Lidar说，总体而言，研究结果表明DD方法比迄今为止尝试过的其他量子误差校正方法更有效。

“据我们所知，”研究人员写道，“这相当于第一次明确证明了基于云的超导量子比特平台成功消除差异......我们希望所吸取的教训具有广泛的适用性。”

量子霸权竞争的高风险

追求量子计算至上是欧洲，中国，加拿大，澳大利亚和美国的地缘政治优先事项。获得第一台使所有其他计算机过时的计算机所获得的优势将是巨大的，并为获胜者带来经济，军事和公共卫生优势。

国会正在考虑两项新法案，将美国建立为量子计算领域的领导者。9月，众议院通过了“国家量子倡议法”，在五年内拨款13亿美元用于刺激研发。它将在白宫建立一个国家量子协调办公室，以监督全国的研究。D-Calif。参议员Kamala Harris的量子计算研究法案指示国防部领导量子计算工作。

“量子计算是下一个将改变世界的技术前沿，我们不能落后，”哈里斯在准备好的讲话中说。“它可以为下一代创造就业机会，治愈疾病，最重要的是使我们的国家变得更强大和更安全......如果没有在量子计算方面进行充分的研究和协调，我们就有可能落后于我们在网络空间竞赛中的全球竞争，这让我们失望易受我们对手的攻击，“她说。