中国量子纠错研究实现重大突破

科技日报合肥12月23日电 记者23日获悉，中国科学技术大学教授潘建伟、朱晓波、彭承志以及副教授陈福升等科研人员，近期利用超导量子处理器“祖冲之3.2号”，在表面码码距达到7的实验中，实现了突破纠错阈值的量子纠错技术，并首次形象演示了随着码距提升，逻辑错误率出现大幅下降的新趋势。这一突破代表我国在量子纠错领域迈入“低于阈值，越纠越对”的重要阶段，团队还创新性探索出一套比美国谷歌公司更高效的“全微波控制”路线，为今后实现大规模高精度量子计算提供了关键技术支撑。相关研究已于12月22日作为封面论文及“编辑推荐”刊登在《物理评论快报》，美国物理学会《物理》栏目也进行了专题报道。

构建具有容错能力的通用量子计算机，核心需求是在实现大规模集成时，能通过量子纠错技术有效降低量子比特的错误率。表面码在现有众多量子纠错方案中，被认为是最为成熟的一种。不过，量子纠错的推进往往需要大量额外的量子比特以及新的量子门操作，这也不可避免带来更多的噪声和潜在的错误。如果物理量子比特本身的原始错误率过高，那么随着纠错码距的加大，附加的错误反而可能掩盖了纠错的成效，出现“越纠越错”的情况。其中，系统中的“泄漏错误”影响尤其突出——当系统规模变大时，这类错误会接连累积，成为制约纠错性能的关键障碍。因此，提升整体操控精度并突破纠错阈值，实现让纠错“越做越准”，成为量子计算设备从实验室走向实际应用前的关键门槛。

建立在前期研究工作基础上，中科大团队依托107比特“祖冲之3.2号”超导量子处理器，首创并验证了一种“全微波量子态泄漏抑制架构”。结合此新架构，团队成功制备了码距为7的表面码逻辑比特。实验数据显示，随着码距增加，逻辑错误率显著下降，错误抑制因子达到1.4，充分证明系统已突破纠错阈值，切实实现了“越纠越对”的目标。