“修正越多越精确”中国科学家在修正量子误差

中国科学技术大学记者12月23日透露，该校潘建伟教授、朱晓波教授、彭承志教授、陈福社副教授基于超导量子处理器“祖冲之3.2”，利用码距为7的表面码实现了纠错阈值以下的量子纠错。这使得我国实现了“亚阈值精度”的重要里程碑，为未来大规模容错量子计算奠定了重要的技术基础。实现容错通用量子计算机的必要条件是通过量子纠错抑制量子误码率并满足大规模集成的要求。表面码是目前较为成熟的量子误差校正方案之一。使用表面代码将多个物理量子位编码成逻辑量子位。原则上，作为n物理比特数增加（即码距），逻辑比特的错误率可以不断降低。然而，量子纠错需要引入大量额外的量子位和量子门操作，导致噪声源和错误通道增加。如果物理量子位的原始错误率太高，纠错码距离增加带来的额外错误将抵消纠错所提供的任何好处，导致“更多的纠正意味着更多的错误”。在所有类型的错误中，“泄漏错误”尤其致命。量子位偏离其预期的计算能级并进入无法通过表面代码直接纠正的无效状态。随着系统规模的增大，泄漏错误的累积效应成为提高纠错性能的主要瓶颈。因此，全球量子纠错研究的目标是不断降低t物理比特的各种错误级别，尤其是抑制泄漏错误，使整个系统的控制精度超过严格的“纠错阈值”。只有超过这个阈值，量子纠错才能产生正的净效益，达到“纠错越多越准”的理想效果。实现“亚阈值”量子纠错是确定量子计算系统是否可以从实验室原型转向商业应用的关键里程碑。近日，中国科学技术大学团队提出并成功实现了一种基于107位“祖冲之3.2号”量子处理器的新型“全微波量子态泄漏抑制架构”。基于“祖冲智3.2号”处理器高精度单双位门运算、长相干时间等优异性能，研究团队结合了完整的微波量子态L泄漏抑制架构，实现码距为7的表层逻辑位。实验结果表明，随着码距的增加，逻辑错误率明显下降，错误抑制系数达到1.4，说明系统工作在错误状态下。我们达到了矫正的门槛，达到了“越直越直”的目标。同时，研究人员表示，已知全微波量子态泄漏抑制架构具有自然频分复用特性，这为未来构建百万比特量子计算机提供了更有利的解决方案。该成果以封面和“编辑推荐”的形式发表在著名学术期刊《Physical Review Letters》上。