新一代量子芯片纠错能力实现突破

科技日报北京12月10日电 （记者张梦然）根据《自然》杂志10日发表的一篇论文，谷歌最新一代量子芯片纠错能力实现突破，即将错误抑制在一个关键阈值以下。这种量子纠错功能被认为是实现未来量子计算实际应用的必要条件。该芯片的性能扩展后，或能推动大规模容错量子计算的运算要求。

量子计算有潜力在特定任务上提高计算速度，超越经典计算机。不过，量子计算机很容易出错，所以当前的原型机无法运行足够长的时间以实现实际输出。量子计算研究人员为此设计的解决策略依赖量子纠错，即将信息分布到许多量子比特（量子信息的单位，类似于经典计算机的比特）上，能在不破坏计算的情况下识别和补偿错误。但量子纠错需要的量子比特可能会引入更多的错误，因此实现“低于阈值”的运算一直存在挑战——未纠错率要低于一个关键值，这样才能按预期纠错并指数级地抑制错误。

美国谷歌研究院此次报告了名为“Willow”的最新一代超导量子处理芯片架构，该芯片能实现低于表面码关键阈值的量子纠错。表面码是一种特定的量子纠错技术。他们的系统能在数小时内运行最多100万个周期，同时实时解码错误并维持表现。

研究人员在一个72量子比特的处理器和一个105量子比特的处理器上运行了表面码。每次码距从3增加到5再到7，逻辑错误率减半。研究人员表示，这种对逻辑错误的潜在抑制为运行有纠错的大规模量子算法奠定了基础。

【总编辑圈点】

量子计算的潜力巨大，但没有高效的纠错机制，量子计算就无法投入实际应用。表面码就是一种量子纠错技术，它利用量子纠缠现象将信息分布到多个量子比特上，以识别和补偿错误。谷歌的量子芯片实现了低于表面码关键阈值的量子纠错，堪称一个技术里程碑。它为大规模容错量子计算铺平了道路，可以说，这一成果预示着量子技术走向千行百业的大门被打开了，药物开发、材料科学、优化问题解决等领域都可能迎来颠覆性创新。