苏黎世联邦理工学院(ETH)的物理学家修改了量子纠错的主要方案之一并将其付诸实践，而且证明了它们可以大大延长量子态的寿命——这是未来大规模量子计算机的关键要素。

在现代计算设备中，数十亿个晶体管几乎完美和谐地工作。使用由不完美组件制成的设备产生近乎完美计算的关键是使用数字化和纠错技术，后者包含检测和纠正错误的程序。防止错误累积的挑战也是未来量子计算机必须面对的挑战，事实上它构成了实现有用计算的主要障碍。

为完善经典计算机而设计的工具不能直接应用于量子计算机，因为后者遵循另一套规则，即量子力学原理。在过去的几十年中，人们已经提出了用于量子纠错的巧妙解决方案，而且最近在最先进的量子计算机中实施这种方法取得了令人鼓舞的进展。

ETH量子电子学研究所Jonathan Home教授带领的一个研究小组在《自然物理学》上撰文报告了这样一个实验实现——它突出了现实物理设备的重要局限性，与其他提出的纠错方案相比，它相对更容易实现，从而增加了演示实际量子计算的相关性。

量子计算机中处理信息的方式与经典计算机中的处理方式有着根本不同。这开启了其独特的计算能力，但也需要新的策略来处理计算过程中发生的错误。更具体地说，量子信息无法完美复制，测量不可避免地会改变脆弱的量子态。然而，通过一些创造性的重新思考，可以设计出能告诉我们量子信息是否受到干扰的测量方法。与经典纠错方法一样，关键是利用冗余。

在量子纠错方面出现的创新想法中，GKP码是一种特别有前途的方法，它利用对单个振荡器的灵活控制来避免必须控制许多不同的含有量子信息的单个物理载体。它在量子系统的连续空间中对离散的量子信息进行编码，迫使其定位在规则间隔的点上，以固定的间隔形成一个带有齿的梳子，从而有效地将空间数字化。信息以梳齿大小的形式来存储。梳齿位置的小位移可以纠正，只要它们不会导致相邻的齿重叠。

虽然该方案是在2001年提出的，但使用GKP码进行纠错的实验演示直到2020年才出现。不过纠错程度可以实现的目标是有限的，这是因为GKP码仅适用于无限能量的量子态，而实验自然只涉及了有限能量的状态。Jonathan Home教授小组的研究人员现在已经解决了这个问题。

该团队使用了一个平台，其中量子信息被编码在单个捕获离子机械振荡器的运动中。这与该小组生成和控制GKP码逻辑状态的系统相同。他们设计并实施了一种针对有限能量态进行优化的新型测量方案。他们的方法实现起来相对简单，因为它利用了阻尼过程，避免了测量量子态，并随后应用经典方法控制反馈。他们将这种新方法付诸实践，演示了对量子振荡器运动中不需要的位移进行有效的校正。结果是，他们将相干时间(本质上是量子态的寿命)延长了三倍，为量子计算系统设定了基准。

这种延长的相干时间很重要，因为它们直接转化为更多的执行量子计算的时间。因此，这项工作解决了量子计算领域的一项重大挑战。此外，这种新方法使用了实验量子物理学工具箱中一种成熟技术的变体，它激发了人们对其可以进一步推动技术进步的信心。结合其他方面的进展，这使我们更接近最终量子计算机能够以任意精度执行计算，即使是由容易出错的组件构成。（编译:Qtech）