量子计算又达里程碑“量子纠错”成色如何

计算机也会犯错。如果量子计算机想在实用性方面取得进展，并解决普通计算机无法解决的问题，有效纠错就是必备技能。

美国谷歌公司研究人员在新一期英国《自然》杂志发表论文说，首次通过实验证明可以通过增加量子比特的数量来降低计算错误率。这个“量子纠错”方面的成就，是谷歌2019年宣布成功演示“量子霸权”后，在其量子计算路线图上达到的第二个关键里程碑。

对于普通计算机来说，芯片存储信息的单位是比特，会将一些信息复制到冗余的“纠错”比特中。如果因宇宙射线扰乱电路等意外而发生错误时，芯片可以在“纠错”比特的帮助下发现问题并修复。

但“在量子信息领域，我们无法做到这一点”，谷歌量子硬件主管朱利安·凯莉说。量子计算机存储信息的单位是量子比特，因其可以同时处于0和1的叠加态等量子特性，它可以带来更快的计算速度，但一个量子比特的信息不能像普通计算机纠错机制那样简单地复制到冗余量子比特上。因此，如何纠正可能出现的错误成为量子计算机需要解决的问题。

科研人员为此提出了“量子纠错”方案，即将一些物理上的量子比特组合起来，当作一个逻辑上的量子比特，然后可以使用一些物理量子比特来检查逻辑量子比特的“健康”状况，并纠正错误。

谷歌团队在最新论文中报告了2种不同大小的逻辑量子比特。其中一个使用17个量子比特，一次能够从一个错误中恢复；另一个较大版本使用49个量子比特，可以从两个同时发生的错误中恢复，并且性能略好于前一个版本。

不过，错误率仍需进一步降低。谷歌量子计算部门负责人哈特穆特·内文说:“它下降了一点，但我们需要它大幅下降。”

荷兰代尔夫特理工大学研究量子纠错的理论物理学家芭芭拉·特哈勒指出，这一成就令人印象深刻，因为很难做到这一点，但目前的性能改进仍较小，还不能保证使用更大版本会提供更好的性能。

新加坡地平线量子计算公司物理学家乔·菲茨西蒙斯表示，科学界有许多实验室都在朝着有效量子纠错的方向前进，谷歌最新成果显示了这方面的许多必备特征，但量子比特还需要把信息存储足够长的时间以便计算机进行计算，“谷歌的团队尚未实现这一壮举”。菲茨西蒙斯说，考虑到量子计算系统需要扩大，要看到“令人信服的可扩展的纠错演示”，还需要持续改善。

谷歌制定的量子计算路线图中包含六个关键里程碑。其中“量子霸权”为第一个，最新成果则是第二个。“量子霸权”又称量子优越性，即通过在某个特定问题上的计算能力超过现有最强的传统计算机，证明量子计算机的优越性。2019年10月，谷歌研究人员领衔的团队在《自然》杂志发表论文，宣布成功演示了“量子霸权”，其量子系统花费约200秒完成传统超级计算机要1万年才能完成的任务。

这一路线图中的第六个里程碑，是扩大规模后由100万个物理量子比特组成的机器，可编码1000个逻辑量子比特。内文表示，在那个时候，“可以自信地承诺商业价值”。