我国在量子纠错领域达到重要里程碑
发布时间:2025-12-25 10:34
众安在线、中国科学技术大学众安新闻客户端12月23日报道发现,中国科学技术大学潘建伟教授、朱晓波、彭承志教授和陈福生副教授基于超导量子处理器“祖冲之3.2”,实现了地表误差与码下误差。距离为7,可见随着码距的增加,逻辑错误率显着降低。这一成功让我们的国家达到了“低于门槛,更加正确,更加正确”的主要里程碑。也开辟了一条比美国谷歌更好的“全微波控制”新路径,为未来大规模容错量子计算奠定了基础技术基础。 12月22日,该成果以封面论文和“编辑推荐”形式发表在Physical Review Letters sa上,并被《Physics》专题报道”美国物理学会专栏。实现容错通用量子计算机的必要条件是通过量子纠错来抑制量子比特的错误率,以满足大规模集成的要求。表面码是目前最成熟的量子纠错方案之一。表面码将多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特。原则上,随着物理比特数(即码距)的增加,逻辑比特的错误率可以不断降低。但是,量子纠错需要引入大量额外的量子位和量子门操作,导致更多的噪声源和mga错误通道,如果物理量子位的原始错误率太高,则增加纠错码的距离带来的额外错误将抵消纠错带来的好处,导致“更多的纠正,更多的错误”。错误类型“泄漏错误”尤其致命——量子位会脱离其预期的计算能级并进入表面代码无法直接纠正的无效状态。随着系统规模的增大,泄漏错误的累积效应将成为阻碍纠错性能提升的主要瓶颈。因此,整体纠错研究的重点是不断降低物理比特的各种误码率,特别是抑制泄漏错误,使系统整体控制精度突破严格的“纠错阈值”。只有跨过这个门槛,量子纠错才能带来积极的效益,达到“越校正、越正确”的理想效果。因此,实现“阈值以下”的量子纠错成为衡量量子计算系统能否从实验室原型走向实际应用的关键分水岭。中国科学技术大学的超级进行量子计算研究团队是国际上最早开展表面码量子纠错研究的团队之一。 2022年,研究团队基于超导量子处理器“祖冲之二号”率先实现了码距为3的表面码逻辑量子位,首次验证了表面码方案的可行性。2023年,谷歌实现了码距为5的表面码纠错。受限于当时物理量子位的错误率差异较大,上述工作均无法真正突破纠错阈值。 2025年2月,谷歌团队利用其“垂柳”处理器开发了一种基于直流脉冲的量子态泄漏抑制方法,实现了码距为7的表面码中逻辑位低于阈值。然而,这一技术路线对量子处理器的芯片架构带来了诸多限制(例如量子处理器的连接方式)。位之间)。同时,随着量子比特数量的增长,这种解决方案在太低温环境下需要复杂的布线,从而消耗大量的硬件资源。 2025年底,提出并成功实现了中国科学技术大学团队基于107位“祖冲智3.2号”量子处理器研发出的新型“全微波量子态泄漏抑制架构”。基于“祖冲之3.2号”处理器高精度单双位门运算、长相干时间等优异性能,研究团队结合整个微波量子态泄漏抑制架构,实现了码距为7的表面码逻辑位。实验结果表明,该码的逻辑错误率显着下降,持1错误率显着降低,错误增加1倍。系统在纠错阈值以下运行并成功实现了“这更正确,这更正确”的目标。同时,全微波量子态泄漏抑制架构具有天然的频分复用特性,在硬件效率和可扩展性方面比谷歌的技术路线具有显着优势,为未来构建百万比特量子计算机提供了更有用的解决方案。 (记者王乔)