霍尼韦尔量子解决方案的研究人员在证明其捕获离子量子计算技术的大规模量子计算可行性方面迈出了重要一步。

霍尼韦尔团队现在可以执行量子纠错(QEC)，这是在量子计算机上实时检测和纠正错误所必需的协议。他们在System Model H1量子计算机上展示了“保护”量子信息的能力(防止量子计算被缺陷和噪声迅速破坏)。

这是量子计算行业中一个重要的首创工作。因为目前大多数的量子纠错演示都只涉及在程序运行完毕后纠错或“噪声”，这是一种后处理的技术。

在本周发表在arXiv上的一篇论文中，研究人员详细介绍了他们如何创建一个逻辑量子比特(一系列纠缠的物理量子比特)并应用了多轮量子错误修正。这个逻辑量子比特可以防止量子计算机发生两种主要错误：比特反转和相位反转。

以前，一些团队研究的编码只能纠正单一类型的错误(位或相位，但不能同时纠正)，如谷歌、IBM/雷神和IBM/巴塞尔大学的团队。还有其他人研究了量子错误检测码，它可以检测两种类型的错误，但不能纠正它们，如ETH、谷歌、Delft的团队。还有的研究小组更进一步，Blatt和Monroe的团队已经演示了量子纠错过程。

霍尼韦尔量子解决方案总裁Tony Utley说：“今天的所有量子技术都处于早期阶段，它们必须克服计算过程中积累的错误……霍尼韦尔团队所取得的成就是开创性的，它证明了量子计算机将能够实时纠错，为精确的量子计算铺平了道路。”

虽然这一成就代表了大规模量子计算的进步，但霍尼韦尔的研究人员仍在努力突破逻辑错误率低于物理错误率的平衡点。

对逻辑量子比特的需求

为了更好理解这一成就，了解检测并纠正量子错误是多么困难是非常重要的。

量子比特(或称量子位)是脆弱和挑剔的,它们能接收到环境中的干扰或“噪声”。这种噪声会导致错误产生并积累，它会破坏存储在物理量子比特内和量子比特之间的信息(科学家称之为退相干)。

试图直接检测和纠正物理量子比特上的错误也会破坏了它的“量子性”。克隆数据是经典计算中常使用的一种方法，这种方法可以对信息进行多次精确的复制。但克隆的方法在量子中是行不通的(这是由于量子的“不可克隆定理”所决定的)。

为了克服这些困难，一些科学家(尤其是Peter Shor、Robert Calberbank和Andrew Steane)在研究了量子比特的退相干速度后，在理论上找到了解决这个问题的方法。他们证明，通过将信息存储在一组纠缠量子比特中，可以在不破坏量子信息的情况下检测和纠正错误。他们把这种纠缠量子比特的组合称为逻辑量子比特。

许多年来，科学家们一直在开发可应用于逻辑量子比特的编码和方法，以保护量子信息不出错。

霍尼韦尔的下一步计划

创建逻辑量子比特和应用量子纠错码也会给系统注入噪声。研究人员现在正努力跨越逻辑错误率低于物理错误率的平衡点。

霍尼韦尔的团队已经接近那个目标了。为了明确地证明到达这个平衡点，每个QEC周期的错误率需要低于与QEC协议相关的最大物理错误率。

该论文的主要作者、高级物理学家Ciaran Ryan-Anderson博士说：“在这篇技术论文中，我们指出了要达到平衡点需要进行的关键改进。我们相信这些改进是可行的，并正在推动完成下一步计划。”

从那开始，他们的目标是创建多个逻辑量子比特。但这要取决于量子技术，因为需要更好的保真度、更多的物理量子比特、量子比特之间具有更好的连接性以及其他一些因素。

逻辑量子比特的增加将开创一个容错量子计算机新时代，即使某些操作失败，计算也可以继续运行。容错是一种设计原则，它可防止错误在整个系统中级联并防止破坏到电路。

Tony Uttley说：“我们想要用量子计算机解决大的企业级问题，但这需要更高精确度。因此我们需要纠错的逻辑量子比特以成功扩大规模。”（编译: Julien）