量子系统可以极高地操作，但不能以完美的精度操纵。研究人员现在已经证明了如何在运行过程中监控和纠正这些操作中发生的错误。量子计算领域近年来取得了巨大进步。量子设备一点一点地开始挑战传统计算机，至少在少数选定的任务中。尽管有许多进步，但今天的量子信息处理器仍然很难应对错误，这在任何计算中都不可避免地发生。这种无法有效地纠正错误阻碍了对量子信息的持续大规模处理的努力。因此，对量子电子研究所的Jonathan Home集团首次集成了在单个实验中执行量子误差校正所需的一系列元素的一系列实验令人兴奋。这些结果今天发表在Nature杂志上。

使不完美的容忍

就像它们的经典对应物一样，量子计算机是由不完美的组件构建的，它们对来自外部的干扰更加敏感。在执行计算时，这会不可避免地导致错误。对于传统计算机，存在用于检测和纠正这种错误的完善的工具包。量子计算机将更多地依赖于定位和修复错误。这需要在概念上不同的方法，其考虑到信息以量子状态编码。特别是，在不干扰量子信息的情况下反复读出量子信息，如检测错误所需，并实时反应以逆转这些错误，这带来了相当大的挑战。

重复表现

Home组将量子信息编码在陷阱中串联在一起的单个离子的量子态中。通常，这些串仅包含一种物质的离子。但是博士生Vlad Negnevitsky和Matteo Marinelli，以及博士后Karan Mehta和其他同事，现在已经创造出了两种不同的物种，即两种铍离子(9Be+)和一种钙离子(40Ca+)。之前已经生产过这种混合物种，但是团队现在以新颖的方式使用它们。他们利用了两个物种所具有的截然不同的特性。特别地，在他们的实验中，使用非常不同的光颜色来操纵和测量铍和钙离子。这为在一个物种上工作而不会打扰另一个物种开辟了道路。与此同时，ETH研究人员找到了让不同离子相互作用的方法，即钙离子的测量结果可以产生关于铍离子量子态的信息，而不会破坏那些脆弱的状态。重要的是，物理学家在铍离子经受不完善和错误时反复监测铍离子。该团队在同一系统上进行了50次测量，而在之前的实验中(仅使用钙离子)，这种重复读数仅限于几轮。

纠正措施

发现错误是一回事，采取行动纠正另一个错误。为了做到这一点，研究人员开发了一种强大的控制系统，可以根据偏离目标状态的程度反复轻推铍离子。将离子带回轨道需要在微秒的时间尺度上进行复杂的信息处理。由于该系统使用经典的控制电子设备，现在证明的方法对于基于除捕获离子之外的信息载体的量子计算平台也应该是有用的。重要的是，Negnevitsky，Marinelli，Mehta和他们的同事证明了这些技术也可用于稳定两个铍离子共享纠缠量子态的状态，这些状态在经典物理学中没有直接的等价物。纠缠是赋予量子计算机独特能力的一个因素。而且，这些状态也可用于提高精确测量的准确性。用于纠错的成分(例如现在证明的成分)可以使这些状态持续更长时间 - 不仅为量子计算而且为计量提供了有趣的前景。