QuTech(代尔夫特理工大学和TNO的合作企业)的研究人员在量子纠错方面达到了一个里程碑。他们实现将编码量子数据的高保真操作与可扩展的重复数据稳定方案相结合。研究人员在《自然物理学》12月刊上报告了他们的发现。

物理量子比特(或量子位)容易出错。这些错误有多种来源，包括量子退相干、串扰和不完善的校准。幸运的是，量子纠错理论保障了在同步保护量子数据免受此类错误影响的同时进行计算的可能性。

QuTech的Leonardo DiCarlo教授说：“有两种功能将纠错量子计算机与当今嘈杂的中级量子(NISQ)处理器区分开来。首先，它将处理以逻辑量子比特而不是物理量子比特(每个逻辑量子比特由许多物理量子比特组成)编码的量子信息。其次，它将使用与计算步骤交错的量子奇偶校验来识别和纠正物理量子比特中发生的错误，以在处理编码信息时保护它。”根据理论，只要物理错误的发生率低于阈值，并且用于逻辑操作和稳定的电路是容错的，逻辑错误率可以被指数抑制。

因此基本思想是，如果增加冗余并使用越来越多的量子比特来编码数据，净误差就会下降。代尔夫特理工大学的研究人员与TNO的同事们现在已经实现了朝着这个目标迈出的重要一步，他们实现了一个由七个物理量子比特(超导传输子)组成的逻辑量子比特。QuTech的Barbara Terhal教授说：“我们研究表明我们可以使用编码信息进行计算所需的所有操作。这种将高保真逻辑运算与重复稳定的可扩展方案相结合是量子纠错的关键步骤。

该论文第一作者和博士候选人Jorge Marques进一步解释说：“到目前为止，研究人员已经实现编码并稳定了量子比特。我们现在证明我们也可以计算。这就是容错计算机最终必须做的事情：同时处理和保护数据免受错误影响。我们进行三种类型的逻辑量子比特操作，在任何态下初始化逻辑量子比特，用门转换它并测量它。我们表明可以直接对编码信息进行所有操作。而对于每种类型，我们观察到容错变体的性能高于非容错变体。”容错操作是减少物理量子比特错误累积为逻辑量子比特错误的关键。

DiCarlo强调了这项工作的多学科性质：“这是实验物理学、Barbara Terhal小组的理论物理学以及与TNO和外部合作者共同开发的电子学的共同努力。该项目主要由IARPA和英特尔公司资助。”

DiCarlo总结道：“我们的宏伟目标是表明，随着我们增加编码冗余，净错误率实际上呈指数级下降。我们目前的重点是17个物理量子比特，接下来将是49个。我们量子计算机架构的所有层都旨在实现这种扩展。”（编译:Qtech）