3月22日，中國科學(xué)院院士,、南方科技大學(xué)俞大鵬團隊徐源課題組聯(lián)合福州大學(xué)鄭仕標,、清華大學(xué)孫麓巖等團隊，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,，相關(guān)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(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。這一里程碑式的突破代表了邁向?qū)嵱没蓴U展通用量子計算的關(guān)鍵一步,。

近年來,，雖然基于超導(dǎo)量子線路系統(tǒng)的量子信息處理領(lǐng)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(gòu)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(shù)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(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,。

據(jù)介紹,，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,。

相關(guān)論文信息：https:///10.1038/s41586-023-05784-4