科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

根據(jù)《自然》雜志10日發(fā)表的一篇論文，谷歌最新一代量子芯片糾錯(cuò)能力實(shí)現(xiàn)突破，即將錯(cuò)誤抑制在一個(gè)關(guān)鍵閾值以下。這種量子糾錯(cuò)功能被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)未來量子計(jì)算實(shí)際應(yīng)用的必要條件。該芯片的性能擴(kuò)展后，或能推動(dòng)大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算的運(yùn)算要求。

量子計(jì)算有潛力在特定任務(wù)上提高計(jì)算速度，超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。不過，量子計(jì)算機(jī)很容易出錯(cuò)，所以當(dāng)前的原型機(jī)無法運(yùn)行足夠長的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出。量子計(jì)算研究人員為此設(shè)計(jì)的解決策略依賴量子糾錯(cuò)，即將信息分布到許多量子比特（量子信息的單位，類似于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特）上，能在不破壞計(jì)算的情況下識(shí)別和補(bǔ)償錯(cuò)誤。但量子糾錯(cuò)需要的量子比特可能會(huì)引入更多的錯(cuò)誤，因此實(shí)現(xiàn)“低于閾值”的運(yùn)算一直存在挑戰(zhàn)——未糾錯(cuò)率要低于一個(gè)關(guān)鍵值，這樣才能按預(yù)期糾錯(cuò)并指數(shù)級(jí)地抑制錯(cuò)誤。

美國谷歌研究院此次報(bào)告了名為“Willow”的最新一代超導(dǎo)量子處理芯片架構(gòu)，該芯片能實(shí)現(xiàn)低于表面碼關(guān)鍵閾值的量子糾錯(cuò)。表面碼是一種特定的量子糾錯(cuò)技術(shù)。他們的系統(tǒng)能在數(shù)小時(shí)內(nèi)運(yùn)行最多100萬個(gè)周期，同時(shí)實(shí)時(shí)解碼錯(cuò)誤并維持表現(xiàn)。

研究人員在一個(gè)72量子比特的處理器和一個(gè)105量子比特的處理器上運(yùn)行了表面碼。每次碼距從3增加到5再到7，邏輯錯(cuò)誤率減半。研究人員表示，這種對(duì)邏輯錯(cuò)誤的潛在抑制為運(yùn)行有糾錯(cuò)的大規(guī)模量子算法奠定了基礎(chǔ)。

總編輯圈點(diǎn)：

量子計(jì)算的潛力巨大，但沒有高效的糾錯(cuò)機(jī)制，量子計(jì)算就無法投入實(shí)際應(yīng)用。表面碼就是一種量子糾錯(cuò)技術(shù)，它利用量子糾纏現(xiàn)象將信息分布到多個(gè)量子比特上，以識(shí)別和補(bǔ)償錯(cuò)誤。谷歌的量子芯片實(shí)現(xiàn)了低于表面碼關(guān)鍵閾值的量子糾錯(cuò)，堪稱一個(gè)技術(shù)里程碑。它為大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算鋪平了道路，可以說，這一成果預(yù)示著量子技術(shù)走向千行百業(yè)的大門被打開了，藥物開發(fā)、材料科學(xué)、優(yōu)化問題解決等領(lǐng)域都可能迎來顛覆性創(chuàng)新。