世界第一台容错量子计算机将于 2026 年推出 10,000 量子比特机器

QuEra 极大地降低了量子位的错误率——其第一台使用该技术的商用机器推出了 256 个物理量子位和 10 个逻辑量子位。

世界上第一台具有“逻辑量子位”的商用容错量子计算机可能会在今年年底前运行。

逻辑量子位——通过量子纠缠连接的物理量子位或量子位——通过将相同的数据存储在不同的地方来减少量子计算机中的错误。这使运行计算时的故障点多样化。 

正在建造该机器的初创公司 QuEra 的代表在一份声明中表示，这台新机器拥有 256 个物理量子位和 10 个逻辑量子位，将于 2024 年末推出。 

在此消息发布之前，2023 年 12 月 6 日在《自然》杂志上发表了一项新研究，其中来自哈佛大学、QuEra 和其他几家机构的研究人员展示了一台运行的量子计算机，其中包含 48 个逻辑量子位——这是迄今为止数量最多的量子计算机。迄今为止测试的逻辑量子位。 

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“这是第一台具有量子纠错功能的机器，”研究合著者、QuEra 和哈佛大学的物理学家 Harry Zhou 在一封电子邮件中告诉《Live Science》。 

周说，虽然这台计算机本身没有足够的能力发挥作用，但它提供了一个平台，软件程序员可以在该平台上开始测试未来量子计算机的代码。

为什么量子计算需要纠错

传统计算机以值为 0 或 1 的位存储信息，而量子计算机则使用量子位——由于量子力学定律，量子位是 0 和 1 之间的叠加。 

量子位还可以使用量子纠缠缝合在一起，以同时存在于多种状态。这使得它们能够比经典计算机更快地执行许多计算——假设你可以用足够多的量子计算机构建一台量子计算机。但量子位很容易受到干扰，因此非常容易出错。大约千分之一发生故障，而传统计算机中的十亿分之一。 

如果量子计算机包含数百万个量子位，那么它们可能会超过最好的超级计算机，但迄今为止建造的最大的量子计算机只有大约 1,000 个量子位，而量子位的高故障率限制了潜在的扩展。纠错可以抵消量子位的失败倾向，而构建逻辑量子位是实现这一目标的一种方法。

逻辑量子位：降低量子噪声

周说，新的纠错系统依赖于数据冗余，即同一份数据存储在多个位置。逻辑量子位在多个物理量子位上执行相同的计算——如果一个或多个物理量子位失败，则大大降低错误率，因为数据在其他地方可用，因此计算可以继续。

为了制造逻辑量子位，研究人员将纠错计算机代码应用于常规量子位。然后，他们在量子位之间设置逻辑门或电路来纠缠它们。然后，量子计算机计算“综合症”——衡量是否可能发生错误的指标。量子计算机利用这些信息纠正错误并继续下一步。   

新的量子比特比过去的努力取得了重大进步。 2023 年，谷歌量子人工智能实验室使用三个逻辑量子位展示了 2.9% 的错误率； Quera 的错误率为 0.5%，具有 48 个逻辑量子位。世界领先者是牛津大学，其错误率已低于 0.01%，但仅限于两个量子位门之间。

去年，IBM 还在其127 量子位 Heron 芯片中展示了纠错技术，与其他芯片相比，该技术将错误率降低了五倍。但其第一台商用容错机器预计要到 2029 年才会问世。

QuEra 计划在未来几年推出多款量子计算机，首先是 2025 年推出 30 个逻辑量子位、3,000 个物理量子位机器。它的庞然大物，一台拥有超过 10,000 个物理量子位和 100 个逻辑量子位的机器，计划于 2026 年推出“在 100 个逻辑量子位的情况下，[2026] 机器可以执行超出当今超级计算机能力的正确计算，”周说。