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量子糾錯領域首次超越盈虧平衡點
最后更新: 2023-03-24 09:03:243月22日，中國科學院院士、南方科技大學俞大鵬團隊徐源課題組聯(lián)合福州大學鄭仕標、清華大學孫麓巖等團隊，在基于超導量子線路系統(tǒng)的量子糾錯領域取得突破性重大實驗進展，相關最新研究成果發(fā)表于《自然》。
研究示意圖 科研團隊供圖
聯(lián)合團隊通過實時重復的量子糾錯技術，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。這一里程碑式的突破代表了邁向實用化可擴展通用量子計算的關鍵一步。
近年來，雖然基于超導量子線路系統(tǒng)的量子信息處理領域研究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，想要構建具有實用價值的通用量子計算機，量子糾錯必不可少，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)的量子糾錯方案中，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，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。盡管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。這也是當前量子糾錯技術無法實用化、可擴展發(fā)展的核心瓶頸。
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。在該研究中，研究團隊通過開發(fā)高相干性能的量子系統(tǒng)，設計和實現(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，并通過實時重復的量子糾錯過程，延長了量子信息的存儲時間，相關結果首次超過該系統(tǒng)中不糾錯情況下的最好值，也就是突破了盈虧平衡點。
據(jù)介紹，這也是國際上首次通過主動的重復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。
- 原標題：量子糾錯領域首次超越盈虧平衡點
- 責任編輯: 林鈴錦
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