容错量子计算

近来人们意识到，利用量子力学的性质可大幅加速某些计算，对量子计算的兴趣随之增长。实现量子计算的主要困难之一是退相干往往会破坏量子计算机中叠加态的信息，从而使长时计算无法进行。另一困难是整个计算过程中量子态变换的不精确性会累积，导致长时计算的输出不可靠。此前已知，具有 t 个门的量子电路可容忍每门 O(1/t) 量的不精确性与退相干。我们证明，对于任意含 t 个门的量子计算，如何构建规模为多项式的量子电路，使其可容忍每门 O(1/(log t)^c) 量的不精确性与退相干，其中 c 为某常数。我们通过展示如何利用量子纠错码进行计算来实现这一点。这些码此前已知能在存储和传输量子数据时提供对错误的抵抗能力。