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IT之家 3 月 23 日消息，IT之家從深圳量子科學(xué)與工程研究院官方公眾號獲悉，近日，在俞大鵬院士的帶領(lǐng)下，量子研究院超導(dǎo)實驗室的助理研究員徐源課題組聯(lián)合福州大學(xué)鄭仕標(biāo)教授、清華大學(xué)孫麓巖教授等團隊攻堅克難，在基于超導(dǎo)量子線路系統(tǒng)的量子糾錯領(lǐng)域取得突破性重大實驗進展。聯(lián)合團隊通過實時重復(fù)的量子糾錯技術(shù)延長了量子信息的存儲時間，在國際上首次超越盈虧平衡點，展示了量子糾錯優(yōu)勢。這一里程碑突破代表了邁向?qū)嵱没蓴U展通用量子計算的關(guān)鍵一步，相關(guān)學(xué)術(shù)文章于北京時間 23 日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》網(wǎng)站上刊登。

圖源 Pixabay

雖然基于超導(dǎo)量子線路系統(tǒng)的量子信息處理領(lǐng)域的研究最近幾年取得了突飛猛進的發(fā)展，但由于量子計算機體系的錯誤率遠高于經(jīng)典數(shù)字計算機，想要構(gòu)建具有實用價值的通用量子計算機，量子糾錯必不可少，這是因為量子糾錯可以有效的保護量子信息避免受到環(huán)境中噪聲的干擾。

傳統(tǒng)的量子糾錯方案編碼一個邏輯量子比特需要多個冗余的物理比特，不但需要巨大的硬件資源的開銷，并且發(fā)生錯誤的通道數(shù)也會隨著比特數(shù)的增加而顯著增多，可能會呈現(xiàn)“越糾越錯”的尷尬局面。雖然這種量子糾錯方案已經(jīng)有多個演示性的實驗研究工作，但仍然無法解決量子糾錯過程中“越糾越錯”的問題，未真正超越盈虧平衡點，也就是說，量子糾錯之后的效果還遠沒有達到該系統(tǒng)中不糾錯情況下的最好值，無法真正產(chǎn)生正的量子糾錯增益。這也是當(dāng)前量子糾錯技術(shù)無法實用化、可擴展發(fā)展的核心瓶頸。

圖 1. 量子糾錯過程示意圖

為克服上述難題，聯(lián)合研究團隊利用微波簡諧振子或玻色模式系統(tǒng)中的無窮維希爾伯特空間，實現(xiàn)量子信息的冗余編碼與量子糾錯。在超導(dǎo)量子線路系統(tǒng)中，基于玻色編碼的量子糾錯方案具有錯誤類型簡單、錯誤探測方便、相干性能好、硬件更高效、反饋控制易實現(xiàn)等優(yōu)點。在該研究工作中，研究團隊通過開發(fā)高相干性能的量子系統(tǒng)，設(shè)計和實現(xiàn)低錯誤率的錯誤癥狀探測方法，以及改進和優(yōu)化量子糾錯技術(shù)等實驗手段，最終在玻色模式中實現(xiàn)了基于離散變量的二項式編碼的邏輯量子比特，并通過實時重復(fù)的量子糾錯過程，延長了量子信息的存儲時間，相關(guān)結(jié)果首次超過該系統(tǒng)中不糾錯情況下的最好值，也就是突破了盈虧平衡點。這也是國際上首次通過主動的重復(fù)錯誤探測和糾錯過程實現(xiàn)延長量子信息的存儲時間超越盈虧平衡點，具有里程碑式的重要意義。

圖 2 量子糾錯操作的實驗表征結(jié)果

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