荷兰QuTech研究团队在量子纠错方面取得新里程碑

通过和代尔夫特理工大学（TU Delft）、荷兰应用科学研究组织（TNO）的合作，荷兰 QuTech 的研究团队在量子纠错方面取得一个新的里程碑。他们将编码后的量子数据的高保真操作与可扩展的重复数据稳定方案相结合，进行了编码和稳定化。研究人员在 12月的《自然-物理》杂志上报告了他们的发现。

物理的量子比特（qubits），很容易出现错误。这些错误来自各种来源，包括量子退相干、串扰和不完善的校准。幸运的是，量子纠错理论规定了在同步保护量子数据免受此类错误影响的同时进行计算的可能性。

QuTech 的 Leonardo DiCarlo 教授说：“有两种能力将使纠错的量子计算机区别于现在的嘈杂的中尺度量子（NISQ）处理器。首先，它将处理以逻辑量子比特而非物理量子比特（每个逻辑量子比特由许多物理量子比特组成）编码的量子信息。其次，它将使用与计算步骤交错的量子奇偶校验来识别和纠正物理量子比特中发生的错误，在处理过程中保障编码信息的安全”。

根据理论，只要物理错误的发生率低于阈值，并且逻辑操作和稳定的电路具有容错性，逻辑错误率就可以被指数级地抑制。因此，基本的想法是，如果你增加冗余度，使用越来越多的量子比特来编码数据，净误差就会下降。

代尔夫特理工大学的研究人员与 TNO 的同事一起，现在已经向这个目标迈出了重要一步，实现了由 7 个物理量子（超导量子）组成的逻辑量子。来自 QuTech 的 Barbara Terhal 教授说：“我们表明，我们可以用编码后的信息进行计算所需的所有操作。这种高保真逻辑运算与可扩展的重复稳定方案的整合是量子纠错的关键一步”。

第一作者和博士生 Jorge Marques 进一步解释说：“到目前为止，研究人员已经进行了编码和稳定化。我们现在表明，我们也可以进行计算。这就是容错计算机最终必须做的事情：同时处理和保护数据不出错。我们进行三种类型的逻辑量子比特操作：在任何状态下初始化逻辑量子比特，用门进行转换，以及测量它。我们表明，所有的操作都可以直接在编码的信息上完成。对于每一种类型，我们观察到容错变体比非容错变体有更高的性能。"容错操作是减少物理量子比特错误积累成逻辑量子比特错误的关键”。

DiCarlo 教授表示：“我们的宏伟目标是表明，当我们增加编码冗余时，净错误率实际上会呈指数级下降。我们目前的重点是17个物理量子比特，接下来将是49个。我们的量子计算机架构的所有层次都是为了允许这种扩展”。