可扩展通用量子计算在实用化道路上迈出关键一步！

在俞大鹏院士的带领下，深圳国际量子研究院的助理研究员徐源课题组与合作者在基于超导量子线路系统的量子纠错领域取得突破性重大实验进展：

相关论文也于今天在线发表在Nature上。



近些年来，基于超导量子线路系统的量子信息处理领域研究发展势头迅猛，不过相较于经典数字计算机，量子计算机体系仍有一大缺点：错误率太高。

因此，通用量子计算机要迈向实用化，量子纠错是必须要走的一步。

而俞院士团队这边，直接一把实现了突破性进展。

具体如何？一起来看看～

首次超越盈亏平衡点

在此之前，得先简单了解下量子纠错这个概念。

它是利用大希尔伯特空间的冗余来保护逻辑量子比特免受噪声的影响。

在俞院士团队的研究之前，也有传统的量子纠错方案，不过它编码一个逻辑量子比特需要多个冗余的物理比特。

这意味着它不但需要巨大的硬件资源开销，而且还会出现“越纠越错”的局面，并不能真正实现超越盈亏平衡点。

也就是说，量子纠错之后的效果还远没有达到不纠错情况下的最好值，无法真正产生正的量子纠错增益。



△量子纠错过程示意图

那俞院士团队是如何解决这个问题，超越盈亏平衡点的呢？

团队为了解决传统方案“越纠越错”的问题，利用微波简谐振子或玻色模式系统中的无穷维希尔伯特空间，实现量子信息的冗余编码与量子纠错。

这是因为在超导量子线路系统中，基于玻色编码的量子纠错方案具有错误类型简单、错误探测方便、相干性能好、硬件更高效、反馈控制易实现等优点。

研究团队通过开发高相干性能的量子系统，设计和实现低错误率的错误症状探测方法，以及改进和优化量子纠错技术等实验手段，最终在玻色模式中实现了基于离散变量的二项式编码的逻辑量子比特。

并且通过实时重复的量子纠错过程，延长了量子信息的存储时间。

相关结果首次超过该系统中不纠错情况下的最好值，也就是突破了盈亏平衡点。



△量子纠错操作的实验表征结果

团队介绍

在该研究工作中，南方科技大学博士生倪忠初为该论文第一作者。

南科大量子院徐源助理研究员为该论文主要通讯作者，清华大学孙麓岩教授、福州大学郑仕标教授为论文共同通讯作者，俞大鹏院士为最后通讯作者。

其他合作者包括，南科大刘松副研究员、燕飞副研究员、邓晓玮助理研究员，中国科学技术大学邹长铃教授，北京量子信息科学研究院于海峰研究员和福州大学杨贞标教授等。

南方科技大学量子科学与工程研究院为论文第一完成单位。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委和南方科技大学等部门的大力支持。

论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05784-4