重磅！量子科学家揭秘谷歌表面码实验：通用型量子计算机指日可待

发布时间：2023-03-21 10:05:08 所属栏目：外闻来源：

导读：量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的新型计算模式，它同样有望在某些核心技术问题上大幅超越任何其他传统的经典计算机。然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中之一就是如何有效地纠正量子比特（qubit）在

量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的新型计算模式，它同样有望在某些核心技术问题上大幅超越任何其他传统的经典计算机。然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中之一就是如何有效地纠正量子比特（qubit）在运算过程中受到环境干扰而产生的错误。如果错误率过高，那么量子计算机将无法实现可靠和可扩展的运行。

近日，谷歌宣布在《自然》杂志上发表了一项重要研究成果，首次证明了通过增加物理量子比特的数量可以降低逻辑量子比特（由多个物理量子比特编码而成）的错误率。这一突破被认为是继2019年谷歌实现“量子霸权”（quantum supremacy）后，在量子计算领域的又一个里程碑事件。

首先，让我们来回顾一下什么是“表面码”（surface code），这是谷歌采用的一种主流且有效的量子纠错方案。表面码将逻辑量子比特编码为物理量子比特组成的二维阵列，并通过周期性地测量相邻数据物理qubit之间X或Z方向上是否存在奇偶校验来检测并纠正错误。

因此，在实验中验证增加物理qubit数量能否有效降低逻辑qubit错误率就显得至关重要。如果不能，则意味着当前技术水平下无法达到容错运行所需条件；如果能够，则意味着我们距离构建通用型量子计算机更近了一步。谷歌的实验使用了一个由54个超导量子比特组成的处理器，分别构建了distance-5、distance-7和distance-9的表面码，并通过测量逻辑量子比特每周期出错概率来评估其性能。结果显示，随着物理量子比特数量的增加，逻辑量子比特每周出错概率显著降低，从2.914%（distance-5）降到0.875%（distance-9）。这表明该 skincode具有较好的可扩展性与易错误性。

谷歌的实验已经接近了这一阈值，并且展示了通过增加物理量子比特数量来提升逻辑量子比特质量的可行性。这为未来构建更大规模、更高保真度、更低噪声的超导量子处理器提供了重要指导和启示。当然，还有许多工程上和技术上的挑战需要克服，例如如何减少交叉连线、如何优化控制电路、如何提高测量效率等等。

总之，谷歌在表面码方面取得了令人瞩目的进展，为超导体系中实现容错和可编程的通用型量子计算机更近了一步。谷歌在表面码方面取得了令人瞩目的进展，为超导体系实现容错和可编程的通用型量子计算机提供了重要指导和启示。这一成果也为量子科学界带来了新的挑战和机遇，该研究对深入和广泛的探讨量子计算理论和实验有着积极的影响。

（编辑：汽车网）

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