量子计算国际最新研究：向可扩展量子纠错进展更进一步

谷歌“量子人工智能”制造的两代悬铃木处理器(图源：谷歌“量子人工智能”团队)。施普林格·自然 供图

中新网北京2月23日电 (记者 孙自法)国际著名学术期刊《自然》最新发表一篇量子计算论文，研究者演示了随着纠错规模增加错误率降低的量子计算，这项研究工作意味向可扩展的量子纠错进展更进一步，以使量子计算机达到足够低的错误率，从而运行可用的量子算法。

该论文介绍，量子计算机和经典计算机一样，容易发生其背后物理系统“噪音”(或干扰)导致的错误;实现其潜能需要降低错误率。一种量子纠错方法是用纠错码(error-correcting codes)，使用一组物理量子位(量子信息单位，相当于经典计算机的比特)形成一个逻辑量子位。这个系统称为表面码逻辑量子位，可以检测和纠正错误而不影响信息，但扩展这样的系统意味着操作更多量子位，这可能引入更多逻辑错误。为使逻辑性能随着编码规模增加而改善，总体的纠错需超过增加的逻辑错误。

谷歌“量子人工智能”的一个完全组装量子系统的照片(图源：谷歌“量子人工智能”团队)。　施普林格·自然 供图

在本项研究中，谷歌“量子人工智能”(Quantum AI)团队展示了一种逻辑量子位表面码，可以在系统规模增大时降低错误率。他们建造了一个72个量子位的超导量子处理器，用两种不同表面码进行测试：一种称为distance-5逻辑量子位(基于49个物理量子位)和一种较小的distance-3逻辑量子位(基于17个物理量子位)。较大表面码展现出能够实现更好的逻辑量子位性能(每周期2.914%逻辑错误)，优于较小的表面码(每周期3.028%逻辑错误)。

该研究团队总结指出，今后还需要更多研究来实现有效计算所需的逻辑错误率，但他们最新完成的这项工作展示了量子计算未来开发的基本要求。