IBM开发了一种名为“零噪声外推（zero-noise extrapolation）”的技术，可以减轻量子计算的噪声。这看似违反直觉，但通过在不同的噪声水平下重复计算，IBM科学家可以估计量子计算机在没有噪声的情况下会计算出什么。

团队在Nature上发表了论文“Extending the computational reach of a noisy superconducting quantum processor”，降低误差的技术改进了在目前IBM Q系统上运行任何算法的结果。

二进制数字（位）是经典计算中的基本信息单位，而量子位构成量子计算。位总是处于0或1的状态，而量子位可以处于0，1或者两者的叠加的状态。量子计算利用量子位来执行对于经典计算机来说更难的计算。但目前的物理量子计算机噪声很多，这样就会导致计算错误，目前还没有针对它们的商业实用算法。

因此，减少误差和降低噪声是提高量子计算机实用性的关键。IBM称其“噪声放大”技术提高了量子计算的准确性，包括上周概述的机器学习实验。最重要的是，这一切都是在不需要改进硬件的情况下实现的。

零噪声外推

以下是零噪声外推的工作原理。IBM的科学家表示他们已经发现，在不同的噪声水平下重复给定的计算可以让他们估计量子计算机在没有噪声的情况下会计算出什么。具体来说，用于对量子位上进行量子运算的微波脉冲被及时拉伸，有控制地放大噪声。

在有噪声量子硬件的计算受到退相干（量子相干性的丢失，或系统进入环境的信息）和电路深度（处理器上执行的顺序操作次数的测量）之间的竞争的限制。增加电路深度可以帮助创建更复杂的量子态，但通常意味着增强了退相干误差。零噪声外推技术减轻了退相干的影响，同时获得了更复杂且更准确的计算，这些得益于电路深度的增加。



将实验数据（白色圆圈）与精确的能量曲线（绿色虚线）进行比较。左侧面板显示2017年论文的结果，右侧面板显示2019年论文的结果。在右侧面板中，通过对不同噪声（彩色圆圈）实验的结果进行外推获得误差减小的估计（白色圆圈），并显示出了更高的精度，但这些计算所用处理器的硬件没有显著改进。

IBM科学家声称，零噪声外推可以用来改善任何依赖于期望值的量子计算。在论文中，他们通过2017年的研究“Hardware-efficient variational quantum eigensolver for small molecules and quantum magnets”，展示了量子模拟精度的提高，并在本月初的论文“Supervised learning with quantum enhanced feature spaces”中，提高了二元分类问题的成功率。

也就是说，他们承认这些改进不是无限期的，并且最终受到处理器的一致性特性的限制。反直觉与否，增加噪声以降低噪声目前只能达到这种程度。