新一代量子芯片糾錯能力實現突破

科技日報北京12月10日電 （記者張夢然）根據《自然》雜誌10日發表的一篇論文，谷歌最新一代量子芯片糾錯能力實現突破，即將錯誤抑制在一個關鍵閾值以下。這種量子糾錯功能被認為是實現未來量子計算實際應用的必要條件。該芯片的性能擴展後，或能推動大規模容錯量子計算的運算要求。

量子計算有潛力在特定任務上提高計算速度，超越經典計算機。不過，量子計算機很容易出錯，所以當前的原型機無法運行足夠長的時間以實現實際輸出。量子計算研究人員為此設計的解決策略依賴量子糾錯，即將信息分佈到許多量子比特（量子信息的單位，類似於經典計算機的比特）上，能在不破壞計算的情況下識別和補償錯誤。但量子糾錯需要的量子比特可能會引入更多的錯誤，因此實現“低於閾值”的運算一直存在挑戰——未糾錯率要低於一個關鍵值，這樣才能按預期糾錯並指數級地抑制錯誤。

美國谷歌研究院此次報告了名為“Willow”的最新一代超導量子處理芯片架構，該芯片能實現低於表面碼關鍵閾值的量子糾錯。表面碼是一種特定的量子糾錯技術。他們的系統能在數小時內運行最多100萬個週期，同時即時解碼錯誤並維持表現。

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

【總編輯圈點】

量子計算的潛力巨大，但沒有高效的糾錯機制，量子計算就無法投入實際應用。表面碼就是一種量子糾錯技術，它利用量子糾纏現象將信息分佈到多個量子比特上，以識別和補償錯誤。谷歌的量子芯片實現了低於表面碼關鍵閾值的量子糾錯，堪稱一個技術里程碑。它為大規模容錯量子計算鋪平了道路，可以説，這一成果預示着量子技術走向千行百業的大門被打開了，藥物開發、材料科學、優化問題解決等領域都可能迎來顛覆性創新。