我國(guó)在量子糾錯(cuò)領(lǐng)域達(dá)到關(guān)鍵里程碑

??記者23日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、朱曉波、彭承志和副教授陳福升等，基于超導(dǎo)量子處理器“祖沖之3.2號(hào)”在碼距為7的表面碼上實(shí)現(xiàn)了低于糾錯(cuò)閾值的量子糾錯(cuò)，演示了邏輯錯(cuò)誤率隨碼距增加而顯著下降。這一成果標(biāo)志著我國(guó)達(dá)到了“低于閾值，越糾越對(duì)”的關(guān)鍵里程碑，并開辟了一條較美國(guó)谷歌公司更為高效的“全微波控制”新路徑，為未來(lái)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。12月22日，該成果以封面論文和“編輯推薦”的形式發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》，美國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理》欄目進(jìn)行專題報(bào)道。

??實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)的必要條件是通過(guò)量子糾錯(cuò)抑制量子比特的錯(cuò)誤率以滿足大規(guī)模集成的要求。表面碼是目前最成熟的量子糾錯(cuò)方案之一。然而，量子糾錯(cuò)需要引入大量額外的量子比特和量子門操作，導(dǎo)致更多的噪聲源和錯(cuò)誤通道。如果物理量子比特的原始錯(cuò)誤率過(guò)高，增大糾錯(cuò)碼距帶來(lái)的額外錯(cuò)誤反而會(huì)淹沒糾錯(cuò)帶來(lái)的收益，導(dǎo)致“越糾越錯(cuò)”。其中，“泄漏錯(cuò)誤”尤為致命——隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，泄漏錯(cuò)誤的累積效應(yīng)將成為阻礙糾錯(cuò)性能提升的主要瓶頸。因此，如何使系統(tǒng)的整體操控精度突破一個(gè)嚴(yán)苛的“糾錯(cuò)閾值”，從而實(shí)現(xiàn)“越糾越對(duì)”的量子糾錯(cuò)，是衡量量子計(jì)算系統(tǒng)能否從實(shí)驗(yàn)室原型走向?qū)嵱没年P(guān)鍵分水嶺。

??在前期研究基礎(chǔ)上，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于107比特“祖沖之3.2號(hào)”量子處理器，提出并成功實(shí)踐了一種全新的“全微波量子態(tài)泄漏抑制架構(gòu)”。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全微波量子態(tài)泄漏抑制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了碼距為7的表面碼邏輯比特。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，邏輯錯(cuò)誤率隨碼距增加顯著下降，錯(cuò)誤抑制因子達(dá)到1.4，證明了系統(tǒng)已工作在糾錯(cuò)閾值之下，成功達(dá)到了“越糾越對(duì)”的目標(biāo)。（記者吳長(zhǎng)鋒）

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