記者12月23日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、朱曉波、彭承志和副教授陳福升等，基于超導(dǎo)量子處理器“祖沖之3.2號”在碼距為7的表面碼上實現(xiàn)了低于糾錯閾值的量子糾錯，使得我國達(dá)到了“低于閾值，越糾越對”的關(guān)鍵里程碑，為未來大規(guī)模容錯量子計算奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

實現(xiàn)容錯通用量子計算機的必要條件是通過量子糾錯抑制量子比特的錯誤率以滿足大規(guī)模集成的要求。表面碼是目前最成熟的量子糾錯方案之一。通過表面碼將多個物理量子比特編碼成一個邏輯量子比特，原理上隨著物理比特數(shù)目（即碼距）的增加，邏輯比特的錯誤率能夠不斷降低。

然而，量子糾錯需要引入大量額外的量子比特和量子門操作，導(dǎo)致更多的噪聲源和錯誤通道。如果物理量子比特的原始錯誤率過高，增大糾錯碼距帶來的額外錯誤反而會淹沒糾錯帶來的收益，導(dǎo)致“越糾越錯”。在所有錯誤類型中，“泄漏錯誤”尤為致命——量子比特會脫離預(yù)定的計算能級，進(jìn)入無法通過表面碼直接糾正的無效狀態(tài)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大，泄漏錯誤的累積效應(yīng)將成為阻礙糾錯性能提升的主要瓶頸。

因此，全球量子糾錯研究的焦點在于不斷降低物理比特的各類錯誤水平，特別是抑制泄漏錯誤，使系統(tǒng)的整體操控精度突破一個嚴(yán)苛的“糾錯閾值”。只有跨越這一閾值，量子糾錯才能產(chǎn)生正向凈收益，實現(xiàn)“越糾越對”的理想效果。實現(xiàn)“低于閾值”的量子糾錯，成為衡量量子計算系統(tǒng)能否從實驗室原型走向?qū)嵱没年P(guān)鍵分水嶺。

近期，中國科大團(tuán)隊基于107比特“祖沖之3.2號”量子處理器，提出并成功實踐了一種全新的“全微波量子態(tài)泄漏抑制架構(gòu)”。在“祖沖之3.2號”處理器本身具備的高精度單雙比特門操作、長相干時間等優(yōu)異性能基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊結(jié)合全微波量子態(tài)泄漏抑制架構(gòu)，實現(xiàn)了碼距為7的表面碼邏輯比特。

實驗結(jié)果顯示，邏輯錯誤率隨碼距增加顯著下降，錯誤抑制因子達(dá)到1.4，證明了系統(tǒng)已工作在糾錯閾值之下，成功達(dá)到了“越糾越對”的目標(biāo)。同時，研究人員介紹，全微波量子態(tài)泄漏抑制架構(gòu)具有天然的頻分復(fù)用特性，為未來構(gòu)建百萬比特級量子計算機提供了一種更具優(yōu)勢的解決方案。

該成果以封面論文和“編輯推薦”的形式發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》。