量子信息的过去、现在和未来(9)

人们研究了黑洞的纠缠动力学，并推测黑洞是自然界允许的最有效的量子信息置乱器[111,112]。起源于黑洞物理学研究的信息置乱研究，也激发了人们的兴趣，去研究信息如何在实验室中更容易获得的其他量子多体系统中变得混乱[113-115]。
人们对蒸发黑洞发射的霍金辐射的熵进行了定量研究[116,117]，该熵用于探究辐射与演化的黑洞量子纠缠，计算证实，如果蒸发过程由幺正量子理论正确描述，熵会按预期演化[118]。出乎意料的是，这种幺正行为可以通过半经典计算得到，而无需参考量子引力的微观细节。这些结果表明，黑洞物理学是极度非局域的；原则上，人们可以通过操纵遥远的辐射来窥探黑洞内部，但这只能通过执行计算复杂度高到在实践中不可实行的量子运算才能达到[119]。
10. 联系
到目前为止的讨论已经说明了本次会议所代表的科学主题之间的许多交叉联系。例如，信息置乱现在在量子计算电路、混沌多粒子系统和黑洞中进行了研究。为了将量子计算扩展到大型系统而引入的量子纠错也与拓扑物相以及量子引力中的全息对偶有关。计算复杂性，即对计算问题难度的研究，结果证明与拓扑量子物相的制备和黑洞内部的几何结构有关。这些是许多此类联系中的几个例子。
三、现状和前景
1. 我们现在在何处？
回到量子计算技术，它目前处在什么状态？关于量子计算有两个核心问题，这在40年前就已经被阐明。我们如何将量子计算系统扩展到能够解决难题的规模？我们如何在科学和工业中最大程度地利用这种计算能力？在我看来，这两个问题都是悬而未决的。我们朝什么方向努力应该以对这两个问题的认识作为指导。
有人可能会问，我们应该如何使用现在拥有的有噪声的中等规模量子计算机[120]？两个显而易见的答案是：我们应该使用近期的量子计算机来学习如何构建更强大的量子计算机，从而产生实际影响；我们应该更清楚地了解这些实用的量子计算机最终会如何被使用。
即使可供广泛使用的量子计算机还有很长的路要走，但在未来五年左右的时间里，仍有很多事情可以完成。在这段时间内，我们可以期待在可扩展容错量子计算方面取得令人鼓舞的进展。并且，我们还可以预见一些由可编程量子模拟器和基于电路的量子计算机所带来的科学发现。
2. 量子纠错的进展
容错量子计算的重要进展应该包含什么？我们需要能够反复进行准确的错误校正子测量（syndrome measurement），以进行量子纠错。我们希望看到具体的证据表明，随着我们使用越来越多的物理量子比特来编码每个受保护的逻辑量子比特，量子存储时间将持续大幅提高。