量子计算机在纠错方面取得重大突破

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为了让量子计算机从研究好奇心转变为实用设备，研究人员需要控制错误。微软和 Quantinuum 的新研究现已朝着这个方向迈出了重要一步。

今天的量子计算机牢牢陷入“嘈杂的中尺度量子”（NISQ）时代。虽然公司已经取得了一些成功大量的量子比特在一起，它们非常容易受到噪声的影响，从而迅速降低其量子态。这使得不可能使用足够的步骤来进行实际有用的计算。

虽然一些人声称这些噪声设备仍然可以投入实际使用，但共识是量子纠错方案对于实现该技术的全部潜力至关重要。但纠错在量子计算机中很困难，因为读取量子位的量子态会导致其崩溃。

研究人员设计了一些方法来解决这个问题，使用纠错码将每一位量子信息分散到多个物理量子位上，以创建所谓的逻辑量子位。这提供了冗余，并且可以检测和纠正物理量子位中的错误，而不影响逻辑量子位中的信息。

挑战在于，直到最近，人们还假设大约需要 1,000 个物理量子位才能创建每个逻辑量子位。当今最大的量子处理器只有大约那么多的量子位，这表明为有意义的计算创建足够的逻辑量子位仍然是一个遥远的目标。

去年，当哈佛大学和初创公司 QuEra 的研究人员表明他们可以生成 48 个逻辑量子位仅 280 个实物。现在，微软和 Quantinuum 之间的合作更进一步，表明他们不仅可以创建逻辑量子位，而且实际上可以使用它们将错误率降低 800 倍，并执行超过 14,000 个实验例程，没有出现任何错误。

“我们在这里所做的事情让我起鸡皮疙瘩，”微软的 Krysta Svore 告诉 “新科学家”。 “我们已经证明纠错是可重复的、有效的、可靠的。”

研究人员正在使用 Quantinuum 的 H2 量子处理器，该处理器依赖于俘获离子技术，并且相对较小，只有 32 个量子位。但通过应用微软开发的纠错码，他们能够生成四个逻辑量子位，每 100,000 次运行才出现一个错误。

微软团队在其中指出，这是最大的成就之一博客文章事实是，他们能够在不破坏逻辑量子位的情况下诊断和纠正错误。这要归功于一种称为“主动综合症提取”的方法，该方法能够读取有关影响量子位的噪声性质的信息，而不是其状态的信息，Svore 告诉 IEEE Spectrum杂志.

然而，纠错方案有保质期。当研究人员对逻辑量子位进行多次操作并进行纠错时，他们发现，到第二轮时，错误率仅为物理量子位的一半，到第三轮时，没有统计上显着的影响。

尽管结果令人印象深刻，但微软团队在博客文章中指出，创建真正强大的量子计算机将需要每 100 亿次操作仅出错一次的逻辑量子位。

无论如何，这一结果标志着纠错能力的巨大飞跃，Quantinuum 声称这一点新闻稿代表着量子计算新时代的开始。虽然这可能有点操之过急，但这无疑表明人们关于何时实现容错量子计算的时间表可能需要更新。

时间戳记： 2023 年 7 月 16 日

量子计算机在纠错方面取得突破性进展