美国谷歌公司的研究者演示了随着纠错规模增加错误率降低的量子计算。这项工作意味向可扩展的量子纠错进展更进一步，以使量子计算机达到足够低的错误率，运行可用的量子算法。相关研究近日发表于《自然》。
量子计算机和经典计算机一样，容易发生其背后物理系统“噪音”（或干扰）导致的错误；实现其潜能需要降低错误率。一种量子纠错方法是用纠错，使用一组物理量子位（量子信息单位，相当于经典计算机的比特）形成一个逻辑量子位。这个系统称为表面码逻辑量子位，可以检测和纠正错误而不影响信息，但扩展这样的系统意味着操作更多量子位，这可能引入更多逻辑错误。为使逻辑性能随着编码规模增加而改善，总体的纠错需超过增加的逻辑错误。
谷歌“量子人工智能”的Hartmut Neven和同事展示了一种逻辑量子位表面码，可以在系统规模增大时降低错误率。他们建造了一个72个量子位的超导量子处理器，用两种不同表面码做了测试：一种称为distance-5 逻辑量子位（基于49个物理量子位）和一种较小的distance-3逻辑量子位（基于17个物理量子位）。较大表面码展现出能够实现更好的逻辑量子位性能（每周期2.914%逻辑错误），优于较小的表面码（每周期3.028%逻辑错误）。作者指出还需要更多研究来实现有效计算所需的逻辑错误率，但这项工作展示了未来开发的基本要求。
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谷歌“Quantum AI”制造的两代悬铃木处理器。每个处理器都有两个粘合在一起的芯片，一个包括量子位的芯片，一个包含量子位和外部世界之间线路的芯片。右边的最新一代悬铃木处理器明显比前几代大，但也对量子位进行了一些修改从而提升了性能。图片来自：谷歌Quantum AI
谷歌“Quantum AI”的一个完全组装量子系统的照片。着重显示的是进行计算的稀释冰箱，安装在冰箱底层的量子处理器和量子限制放大器，连接底层和顶层的各种电缆，以及后面量子计算机的电子控制设备。图片来自：谷歌Quantum AI
相关论文信息：
http://doi.org/10.1038/s41586-022-05434-1
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