使用新的纠错系统，只需数百而不是数百万的量子位即可实现量子计算的突破

科学家们设计了一种物理量子位，其行为类似于纠错“逻辑量子位”，现在他们认为可以将其扩大规模，以使用数百个量子位来制造一台有用的量子计算机。

初创公司 Nord Quantique 的研究人员认为，比最快的超级计算机更强大的量子计算机可能比专家预测的更接近。 

这是因为该公司已经构建了一个单独的纠错物理量子位，可以大大减少实现量子优势（这是量子计算机真正有用的地方）所需的量子位数量。 

最终，这可能会导致一台实现量子霸权的机器——量子计算机比经典计算机更强大。

与将数据编码为 1 或 0 的经典位不同，量子位依靠量子力学定律来实现“相干性”，并将数据编码为 1 或 0 的叠加，这意味着数据同时以两种状态进行编码。 

在量子计算机中，多个量子位可以通过量子纠缠缝合在一起（无论时间或空间上的距离有多远，量子位都可以共享相同的信息）来处理计算并行计算，而经典计算机只能按顺序处理计算。   

但量子位是“嘈杂的”，这意味着它们很容易受到环境的干扰，例如温度的变化，从而导致高错误率。因此，它们通常需要冷却到接近绝对零，但即便如此，它们仍然可能在计算中途陷入“退相干”，并因外部因素而失败。 

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这种高错误率意味着量子计算机需要拥有数百万个量子比特才能实现量子霸权。但当今最强大的量子计算机仅包含 1,000 个量子位。 

这就是为什么研究重点关注降低量子位错误率。减少错误的一种方法是构建一个“逻辑量子位”，其中多个量子位纠缠在一起，在计算过程中充当一个有效、无错误的量子位。这依赖于冗余——计算机科学中的一个概念，即相同的数据存储在多个位置。

行为类似于逻辑量子位的物理量子位 

Nord Quantique 的科学家们采取了不同的方法，设计一个单独的物理量子位，然后在操作过程中应用“玻色码”以减少单个量子位级别的错误。他们在 4 月 12 日发表在《物理评论快报》杂志上的一项研究中概述了他们的发现。玻色码是专门为使用玻色模式的系统（例如光子）而设计的纠错码。他们利用玻色子的量子特性来保护信息免遭错误。 

Nord Quantique 的科学家们构建了一个“玻色子量子位”，其大小约为核桃大小，由多达 10 个微波光子或光粒子组成，这些光子或光粒子在高纯度超导铝腔中共振，该腔被冷却到接近绝对零。 

然后在计算过程中应用玻色码来纠正两种类型的量子错误——“位翻转”，或者当 0 和 1 相互读取时；和“相位翻转”，即量子位为正或负的概率翻转。 

他们的玻色码将单个量子位的相干时间延长了 14%，科学家称这是迄今为止最好的结果。科学家在论文中写道，模拟还表明，在现有的单个量子位中添加额外的量子位时，纠错不仅可行，而且可能会更强。

研究合著者、Nord Quantique 的首席技术官 Julien Camirand Lemyre，告诉《生活科学》。由于该设计，量子位寿命得以延长，再加上声称的运行时钟速度比同类机器高出 1,000 倍，意味着在这个短窗口内可以执行更多的计算。这意味着与不使用纠错的机器甚至具有逻辑量子位的机器相比，不需要冗余量子位的“开销”。

打造无故障量子计算机的竞赛

其他公司，例如 Quantinuum 和 QuEra，正在使用不同的方法来降低错误率，但大多数都依赖于逻辑量子位。莱米尔认为他的公司的方法比这种“蛮力”方法更好。

“Nord Quantique 构建量子位的方法涉及将纠错所需的冗余直接构建到构成每个物理量子位的硬件中。因此，从某种意义上说，我们正在通过结合我们独特的架构和使用什么来将物理量子位变成逻辑量子位。我们称之为玻色码，”莱米尔说。

尽管如此，量子霸权的障碍仍然存在。莱米尔指出，更大的量子计算机将需要“少量物理量子位”来纠正玻色码遗漏的少数错误。 

该公司的下一步是预计在今年秋季完成一个系统的构建，该系统具有多个纠错物理量子位。 Lemyre 表示，如果一切按计划进行，Nord Quantique 希望在 2028 年之前推出具有约 100 个量子位的量子计算机。