研究團隊在量子糾錯方面取得新的里程碑

通過和代爾夫特理工大學（TU Delft）、荷蘭應用科學研究組織（TNO）的合作，荷蘭 QuTech 的研究團隊在量子糾錯方面取得一個新的里程碑。他們將編碼后的量子數(shù)據(jù)的高保真操作與可擴展的重復數(shù)據(jù)穩(wěn)定方案相結(jié)合，進行了編碼和穩(wěn)定化。研究人員在 12月的《自然-物理》雜志上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

物理的量子比特（qubits），很容易出現(xiàn)錯誤。這些錯誤來自各種來源，包括量子退相干、串擾和不完善的校準。幸運的是，量子糾錯理論規(guī)定了在同步保護量子數(shù)據(jù)免受此類錯誤影響的同時進行計算的可能性。

QuTech 的 Leonardo DiCarlo 教授說：“有兩種能力將使糾錯的量子計算機區(qū)別于現(xiàn)在的嘈雜的中尺度量子（NISQ）處理器。首先，它將處理以邏輯量子比特而非物理量子比特（每個邏輯量子比特由許多物理量子比特組成）編碼的量子信息。其次，它將使用與計算步驟交錯的量子奇偶校驗來識別和糾正物理量子比特中發(fā)生的錯誤，在處理過程中保障編碼信息的安全”。

根據(jù)理論，只要物理錯誤的發(fā)生率低于閾值，并且邏輯操作和穩(wěn)定的電路具有容錯性，邏輯錯誤率就可以被指數(shù)級地抑制。因此，基本的想法是，如果你增加冗余度，使用越來越多的量子比特來編碼數(shù)據(jù)，凈誤差就會下降。

代爾夫特理工大學的研究人員與 TNO 的同事一起，現(xiàn)在已經(jīng)向這個目標邁出了重要一步，實現(xiàn)了由 7 個物理量子（超導量子）組成的邏輯量子。來自 QuTech 的 Barbara Terhal 教授說：“我們表明，我們可以用編碼后的信息進行計算所需的所有操作。這種高保真邏輯運算與可擴展的重復穩(wěn)定方案的整合是量子糾錯的關鍵一步”。

第一作者和博士生 Jorge Marques 進一步解釋說：“到目前為止，研究人員已經(jīng)進行了編碼和穩(wěn)定化。我們現(xiàn)在表明，我們也可以進行計算。這就是容錯計算機最終必須做的事情：同時處理和保護數(shù)據(jù)不出錯。我們進行三種類型的邏輯量子比特操作：在任何狀態(tài)下初始化邏輯量子比特，用門進行轉(zhuǎn)換，以及測量它。我們表明，所有的操作都可以直接在編碼的信息上完成。對于每一種類型，我們觀察到容錯變體比非容錯變體有更高的性能。"容錯操作是減少物理量子比特錯誤積累成邏輯量子比特錯誤的關鍵”。

DiCarlo 教授表示：“我們的宏偉目標是表明，當我們增加編碼冗余時，凈錯誤率實際上會呈指數(shù)級下降。我們目前的重點是17個物理量子比特，接下來將是49個。我們的量子計算機架構的所有層次都是為了允許這種擴展”。

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