谷歌表面码实验：通用型量子计算机指日可待

发布时间：2023-03-21 11:19:49 所属栏目：外闻来源：

导读：量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的新型计算模式，它有望在某些问题上大幅超越传统的经典计算机。然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中之一就是如何有效地纠正量子比特（qubit）在运算过程中受到环境干

量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的新型计算模式，它有望在某些问题上大幅超越传统的经典计算机。然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中之一就是如何有效地纠正量子比特（qubit）在运算过程中受到环境干扰而产生的错误。如果错误率过高，那么量子计算机将无法实现可靠和可扩展的运行。

这不仅展示了超导量子比特技术在构建大规模、高保真度、低噪声的量子处理器方面所具有的潜力，并且对开发一种具有容错能力和可编程能力的通用量子计算机也给出了重要的启发。

首先，让我们来回顾一下什么是“表面码”（surface code），这是谷歌采用的一种主流且有效的量子纠错方案。表面码将逻辑量子比特编码为物理量子比特组成的二维阵列，并通过周期性地测量相邻数据物理qubit之间X或Z方向上是否存在奇偶校验来检测并纠正错误。表面码具有很多优点，例如：容易实现任意单个逻辑qubit上的门操作；具有较高的保真度阈值；能够抵抗任意类型单个qubit或两个qubit之间的门操作出错等。

因此，在实验中验证增加物理qubit数量能否有效降低逻辑qubit错误率就显得至关重要。如果不能，则意味着当前技术水平下无法达到容错运行所需条件；如果能够，则意味着我们距离构建通用型量子计算机更近了一步。谷歌的实验使用了一个由54个超导量子比特组成的处理器，分别构建了distance-5、distance-7和distance-9的表面码，并通过测量逻辑量子比特每周期出错概率来评估其性能。结果显示，随着物理量子比特数量的增加，逻辑量子比特每周出错概率显著降低，从2.914%（distance-5）降到0.875%（distance-9）。这表明了表面码具有良好的可扩展性和容错性。

谷歌的实验已经接近了这一阈值，并且展示了通过增加物理量子比特数量来提升逻辑量子比特质量的可行性。对于未来超导量子处理器的发展和发展,尤其是对于未来超导量子处理器的发展有着重要的指导意义和指导意义。当然，还有许多工程上和技术上的挑战需要克服，例如如何减少交叉连线、如何优化控制电路、如何提高测量效率等等。

总之，谷歌在表面码方面取得了令人瞩目的进展，为超导体系统中实现容错和可编程的通用型量子计算机更近了一步。谷歌在表面码方面取得显著进展,为超导系统提供一种容错、可编程的通用量子计算机的发展提供了重要方向和启示。这一成果也为量子科学界带来了新的挑战和机遇，激发了对量子计算理论和实验的更深入和广泛的探索。我们希望通过这一研究工作，进一步推动中国量子计算技术的发展，促进我国量子信息领域的国际合作与交流。

（编辑：汽车网）

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