量子纠错 证明可行？谷歌又向量子计算机迈进一大步|量子计算机

据外媒报道，谷歌已经证明其Sycamore量子计算机可以检测并修复计算错误，这是大规模量子计算的关键一步。量子计算机和普通计算机的计算速度差距非常大。比如一个异常复杂的运算，传统计算机需要运算1万年才得出结果，而Sycamore量子计算机只需要200秒就能完成。
该研究论文题目为《通过循环纠错对位或相位错误进行指数抑制（Exponential suppression of bit or phase errors with cyclic error correction）》，该研究成果已于2021年7月14日在Nature杂志上发表。
一、量子计算机纠错困难
理论上有一种检测量子计算机错误的方法，就是通过将多个量子比特当做一个逻辑量子比特（logical qubit），从而能够在不破坏逻辑量子比特中的储存信息的情况下，发现并纠正错误。尽管这样的逻辑量子比特以前就已经被创造出来了，但直到现在它们还没有被用于纠错。
谷歌AI Quantum的Juian Kelly和他的同事们在谷歌的Sycamore量子计算机上演示了这个概念。他们实现了嵌入在超导量子位二维网格（two-dimensional grid of superconducting qubits）中的一维链重复码（one-dimensional repetition codes）。重复码基于的量子比特数量从5个提高到21个时，对逻辑错误的抑制实现了最多100倍的指数增长。这种错误抑制能力在50次纠错实验中均表现稳定。
他们发现每增加一个物理量子比特，逻辑量子比特的错误率就会呈指数下降。研究小组虽然不能检测每一个额外的量子比特，但是当集体（collectively）测量时，仍然有足够的信息来推断量子计算是否发生了错误。
二、成熟的量子计算机可能需要1000个量子比特
在这个过程中有一个盈亏平衡点，称为阈值（threshold），在这个临界点上，纠错功能捕捉到的问题比量子比特增加带来的问题更多。该团队认为，成熟的量子计算机将需要1000个量子比特来制造每个逻辑量子比特，但Sycamore目前只有54个物理量子比特。
伦敦帝国理工学院的Peter Knight表示，谷歌的研究正在朝着未来量子计算机所必需面对的困难迈进。他说：“如果我们不能做到这一点（量子计算纠错），我们就不会有一个大规模的量子计算机”。他对谷歌的突破表示称赞，认为谷歌团队找到了正确的量子计算机发展的路线图。
结语：成熟的量子计算机还要等多久？

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