【ITBEAR】量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究正快速推進(jìn)，然而，量子計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性問題仍是其投入實(shí)際應(yīng)用的主要障礙。為此，眾多科技巨頭如谷歌和IBM正競(jìng)相研發(fā)量子糾錯(cuò)技術(shù)，以期為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的量子計(jì)算系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。這些公司在量子糾錯(cuò)技術(shù)方面取得的一系列突破性成果，不僅揭示了該技術(shù)的巨大潛力，也進(jìn)一步拓寬了量子計(jì)算的邊界。
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用“比特”作為信息處理單元，每個(gè)比特只能代表0或1。而量子計(jì)算機(jī)則使用“量子比特”，它們能同時(shí)處于0和1的疊加態(tài)，這使得量子計(jì)算機(jī)在處理某些任務(wù)時(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快。然而，量子比特極易受到環(huán)境噪聲的干擾，導(dǎo)致錯(cuò)誤頻發(fā)。
目前，最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)在執(zhí)行量子運(yùn)算時(shí)，最多只能維持幾百次無誤差操作。為了實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)，即量子設(shè)備能完成普通設(shè)備無法完成的任務(wù)，這一數(shù)字必須提升至百萬次甚至數(shù)萬億次。科學(xué)家們估計(jì)，要執(zhí)行一個(gè)具有實(shí)用意義的大規(guī)模量子算法，量子比特的出錯(cuò)率需控制在1×10-10以下。然而，現(xiàn)有量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率遠(yuǎn)高于此，這成為量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)其偉大愿景的最大障礙。
為了克服這一挑戰(zhàn)，多家公司開始關(guān)注邏輯量子比特。邏輯量子比特由物理量子比特通過量子糾纏連接而成，它通過將相同數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同地方來減少量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤。谷歌科學(xué)家近期發(fā)表論文稱，通過向計(jì)算機(jī)中添加更多物理量子比特來構(gòu)建邏輯量子比特時(shí)，錯(cuò)誤不會(huì)隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大而滾雪球般增長(zhǎng)，反而會(huì)在達(dá)到某個(gè)閾值后減少。這一發(fā)現(xiàn)為未來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
與此同時(shí)，微軟公司也取得了重要突破。該公司與量子計(jì)算公司Quantinuum成功糾纏了12個(gè)邏輯量子比特，并創(chuàng)造了有史以來最高的計(jì)算保真度。這一突破得益于H2離子阱量子計(jì)算機(jī)和Azure Quantum量子比特虛擬化平臺(tái)的結(jié)合。微軟的量子計(jì)算機(jī)采用一系列磁捕獲的帶電粒子，而非谷歌所使用的超導(dǎo)線，使其能夠采用一種特殊的量子糾錯(cuò)技術(shù)來保護(hù)量子信息。
除了構(gòu)建邏輯量子比特外，科學(xué)家們還在探索其他量子糾錯(cuò)技術(shù)。例如，美國(guó)耶魯大學(xué)的本杰明·布羅克及其同事測(cè)試了一種名為玻色編碼的糾錯(cuò)技術(shù)，該方法巧妙地將錯(cuò)誤分布在量子計(jì)算機(jī)的振動(dòng)上。亞馬遜量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)也展示了另一種名為“范疇量子比特”的玻色編碼技術(shù)，其錯(cuò)誤同樣會(huì)隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大而減少。
盡管量子糾錯(cuò)技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但完全容錯(cuò)的量子計(jì)算系統(tǒng)仍遙不可及。科學(xué)家們需要繼續(xù)努力探索和創(chuàng)新，以克服量子計(jì)算領(lǐng)域的挑戰(zhàn)并實(shí)現(xiàn)其巨大潛力。
