要實現量子計算的夢想，就必須先克服一些困難，比如保持存儲系統的穩定——即克服量子計算信息的基本單元(量子位/qubit)所固有的不穩定性。好消息是，來自美國加州大學伯克利分校的物理學家們，已經打造出了一個突破性的電路，它能夠不斷地自我檢查、以保持量子存儲始終處于無差錯的狀態。

       UC Berkeley的物理學家們宣稱打造出了突破性的量子點路，因其能夠檢查并糾正自身的錯誤。

量子信息很容易遇到由環境所引發的錯誤，比如宇宙射線、或者一個位置的量子相干(quantum coherence)崩潰，這意味著包含一個量子位的信息很容易丟失。

此外，由于量子糾纏態的特殊性，任何試圖復制信息的行為，都會對它造成即時的破壞。

不過，身為一名研究生的UC Berkeley約翰·馬蒂尼物理實驗室研究員Julian Kelly表示：“量子計算的一個最大挑戰，就是量子比特本身出現了問題(inherently faulty)。所以如果你在里面存儲了一些信息，它們是會被忘記的”。

       該團隊并未嘗試維持一個量子比特(比方說將其誘捕到硅的同位素中)，而是通過某種基于算法的方式來實現。

                             量子糾錯系統和相應算法的原理圖。

       不同于傳統計算機，量子計算機不使用二進制(0和1)來存儲數據，因為它還擁有另一種“疊加態”(superpositioning)，即它既可以是0、也可以是1。

尷尬的是，盡管這一特性讓它在計算能力方面擁有顯著優點，但量子位也有一個顯著的缺點，那就是量子位很容易出現“翻轉”(flipping,狀態隨機地改變)，而且在不穩定的環境中會更加嚴重。

Kelly說到：“這使得我們很難處理信息，如果它消失了的話”。為了解決這個問題，他們想出了全新的錯誤檢測和校正方法——將信息同時存儲在多個量子位上。

該團隊的想法是：“我們打造了一套包含9個量子比特、然后可以查找錯誤的系統。網格中的量子位負責維護其鄰位信息(通過重復的誤差檢測和校正)，如此一來，相應的信息就可以保存得比任何單獨的量子位都更長久更準確”。

       加州大學伯克利分校的研究人員，從左至右依次為Julian Kelly、John martinis、以及Rami Rarends。

       這么做的必要之處在于，量子態存在于量子比特之中：你可以知道一個粒子的位置，也可以衡量它的動量(momentum)，但卻不能同時使用。

該校博士后研究員Rami Rarends稱：“你不能衡量一個量子態，不能給期望它仍然是個量子。測量的行為會將量子比特鎖定到一種單一的狀態，而它也失去了成為疊加態的能力”。

為了做到這點，該校科學家兼工作人員Austin Fowler使用了所謂的“表面代碼”(Surface code)，以提供有關錯誤的信息。

       通過反復測量矩陣中每個量子位與其相鄰數據的相互作用，測量值的變化就暗示了空間和時間上出現了錯誤。

       簡而言之，該代碼借用了“奇偶校驗值”(parity information)來檢測原始數據的任何變化。

在這種狀態下，如果偏振狀態被施加到了一組量子位上，那么這些量子位就會被傳送到系統中的其它地方，而任何極化變化都可以通過原始狀態和傳輸過來的量子狀態的比對而得知。

       最終，我們可以拉出足夠的信息來檢測錯誤，但又不會因為“偷窺”而破壞底層的量子態。

截至目前，該團隊的研究已經證明了可將一個量子位的“翻轉”錯誤給否定掉。不過他們希望下一步能夠解決其它量子位“退相干”(decoherence)問題，比如對“相位翻轉”錯誤進行“互補”。

       Martinis團隊的高級研究人員們現在也有與Google進行合作，以便進一步探索該技術和研究量子計算的應用。相關論文已經發表在《自然》(Nature)雜志上。