谷歌的物理学家在保护他们量子计算机中的脆弱信息不被错误抹杀方面迈出了重要的一步。研究人员虽还不能弥补所有类型的错误——这是建造一个成熟量子计算机的必要步骤——但一些人表示他们正准备实现这个目标。

加州大学戴维斯分校的数学家Greg Kuperberg说：“虽然目前还没有重大突破，但他们正在努力工作，而且他们正在为未来的突破报告明确的进展。”而柏林自由大学的理论物理学家Joschka Roffe表示，谷歌的研究人员离完全的错误修正能力只有触手可及的距离。

20多年来，物理学家和工程师一直在开发量子计算机，这种计算机有朝一日可能会解决任何传统计算机都无法解决的问题，比如破解目前用于保护互联网信息的加密方案。从你的手机到最大的超级计算机，这种传统的计算机是操纵倍称为比特的电子开关，它可以设置为0或1。相比之下，量子计算机操纵的量子比特可以被设置为0、1或者（奇特的是）可以同时设置为0和1的任意混合态，比如30%的概率为0和70%概率是1。

然而，量子比特要比普通比特挑剔的多。环境中最轻微的噪声，比如杂散的电场或磁场，就能消除量子比特脆弱的双向同时叠加状态，使其处于确定的0或1。例如，谷歌的量子比特由具有两种不同能量状态的超导金属微型电路组成，可以在被噪声掩盖之前保持大约15微秒的双向状态。但这还远远不够让今天的量子计算机实现研究人员的宏伟抱负。

处理这些错误是一项艰巨的挑战。普通的计算机可以通过简单地复制比特并使用这些副本来验证正确的状态以防止错误。量子计算机无法做到这一点，因为量子力学禁止将一个量子比特的未知状态复制给其他量子比特。取而代之的是，科学家们已经设计出了用多个物理量子比特保护一个“逻辑比特”来进行信息存储和计算的方法。

例如，30%为0和70%为1的单个量子比特的状态可以扩展到三个量子比特。作为一个组，因此三个量子比特的状态是有30%的概率为0，70%的概率为1。这种更大但等效的量子态有助于研究人员排除错误。

然而，科学家们不能通过直接测量这些携带数据的量子比特来做到这一点，因为测量会导致塌缩使叠加态消失。因此，研究人员会将数据量子比特与所谓的辅助量子比特交错，并在每个辅助量子比特和它的邻居之间建立一种称为量子纠缠的链路。通过反复测量辅助量子比特，研究人员可以判断相邻的数据量子比特是否相互翻转，且无需直接测量数据量子比特。原则上，物理学家可以将这些量子比特推回到它们的原始状态。

最近《自然》杂志上的一篇报道显示，谷歌的研究人员利用多达11个数据量子比特的链，现在已经能够保存一个逻辑量子比特，并且随着物理量子比特的数量呈指数级增长。通过将单个量子比特的状态分散到11个数据量子比特上，他们将50微秒后出现错误的几率从40%降低到0.2%。

谷歌的物理学家、该论文的资深作者Julian Kelly表示，其他研究小组也展示了类似的误差修正方案，但这项新工作是第一次展示了误差的指数级抑制。这种指数抑制表明，开发人员最终可能能通过将逻辑量子比特分散到大约1000个物理量子比特上，从而实现无限期地维持一个逻辑量子比特。

Kelly说，尽管如此，该团队距完全纠正错误还有一半的距离。首先，研究人员还没有像在量子计算机中那样，将翻转的物理量子比特推回到初始的状态。

更重要的是，谷歌团队不能同时解决两种可能影响量子比特的错误：比特翻转（量子比特0和1的取值发生改变）和相位翻转（这是量子计算机才独有的错误）。在任何给定的实验中，研究人员只能抑制其中一种错误。Kelly说，要纠正这两个问题，他们需要进入另一个维度，不是在物理量子比特链中编码单个逻辑量子位，而是在一个更复杂的协议中（即所谓的表面编码），将一个逻辑量子比特编码在一个正方形的网格中。Kelly说：“从第一天开始，这就一直是我们的目标。我们预计将在相对较近的将来实现这一目标。”

谷歌的物理学家Kevin Satzinger说，为了实现表面编码，谷歌的研究人员仍然需要改进单个物理量子比特，并将错误率进一步降低30%或降低2倍。Kuperberg表示，这是一个令人鼓舞的数字。他说：“我习惯了这种会降低10倍的情况……我不希望这个2倍会是一堵墙。”（编译:Julien）