美國哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊首次在一套集成量子系統(tǒng)中實現(xiàn)量子糾錯所需的全部關(guān)鍵要素,向構(gòu)建實用的大規(guī)模量子計算機(jī)邁出了決定性一步。最新成果發(fā)表于新一期《自然》雜志。

量子計算機(jī)可在單原子層面編碼信息,但長期受到量子糾錯這一核心瓶頸問題限制。哈佛團(tuán)隊此次構(gòu)建的新型量子系統(tǒng),能夠在關(guān)鍵性能閾值以下檢測并清除錯誤。從多項性能指標(biāo)來看,這些實驗達(dá)到迄今任何量子平臺的最高水平,為突破量子糾錯瓶頸提供了全新路徑。

量子糾錯被視為量子計算研制的關(guān)鍵門檻。與傳統(tǒng)計算機(jī)利用0和1編碼信息不同,量子計算機(jī)依托量子疊加與糾纏等特性,理論上能在數(shù)量極少的量子比特中存儲指數(shù)級的信息。一個由約300個量子比特組成的系統(tǒng),其信息容量超過已知宇宙中的粒子總數(shù)。但量子比特極易發(fā)生退相干并丟失信息,因此降低錯誤率成為發(fā)展大型量子系統(tǒng)的前提。

研究團(tuán)隊此次展示了一個由448個中性原子量子比特組成的“容錯”系統(tǒng),能夠通過物理糾纏、邏輯糾纏、熵移除等機(jī)制實時監(jiān)測并修正錯誤,并利用“量子隱形傳態(tài)”等技術(shù)實現(xiàn)量子態(tài)的無接觸傳輸。

為驗證該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性,團(tuán)隊設(shè)計了包含數(shù)十層糾錯步驟的深度量子電路,將錯誤率壓低至關(guān)鍵閾值以下。在這一閾值范圍內(nèi),繼續(xù)增加量子比特不僅不會引入額外誤差,反而能進(jìn)一步抑制錯誤。這一結(jié)果被視為量子糾錯領(lǐng)域30年來的重要進(jìn)展。

谷歌量子AI團(tuán)隊工程副總裁哈特穆特·內(nèi)文評價稱,該成果出現(xiàn)在全球量子比特平臺競爭“極為激動人心”的階段,“向構(gòu)建大規(guī)模、實用的量子計算機(jī)邁出了重要一步”。