近日，中性原子量子计算机领域的领先企业QuEra Computing宣布了一项重大突破。在由哈佛大学领导的实验中，在哈佛大学与QuEra Computing公司、麻省理工学院以及NIST/UMD的密切合作下，研究人员成功地在具有48个逻辑量子比特和数百个纠缠量子比特的纠错量子计算机上执行了大规模算法。这一进展是量子计算领域的重大飞跃，为开发真正具有可扩展和容错能力的量子计算机奠定了基础，而这种机器可以解决经典计算机难以解决的棘手问题。该研究成果已发表在最新的《自然》科学杂志上。

阻碍量子计算发挥其巨大潜力的一个关键挑战是影响量子比特的噪声，它会在量子计算机达到预期结果之前破坏计算。而量子纠错技术是通过创建逻辑量子比特来克服这些限制。逻辑量子比特是一组物理量子比特，它们通过纠缠来实现冗余存储信息。这种冗余可以识别和纠正量子计算过程中可能出现的错误。通过使用逻辑量子比特而不是单个物理量子比特，量子系统可以实现一定程度的容错，使其在进行复杂计算时更加鲁棒和可靠。

哈佛量子计划联合主任、QuEra Computing联合创始人Mikhail Lukin表示：“量子纠错和容错的基本思想已经开始结出硕果，这是在我们量子领域里真正令人兴奋的时刻。这项工作充分利用了中性原子量子计算领域近期取得的突出进展，它展示了一群才华横溢的学生和博士后以及我们在QuEra、麻省理工学院和NIST/UMD的杰出合作者在背后所付出的不懈努力。尽管我们对未来的挑战有清醒的认识，但我们预计这一新的突破将大大加快实现大规模实用量子计算机的步伐，从而推动下一阶段的发展与创新。”

以前的纠错演示展示的是一个、两个或三个逻辑量子比特。但这项新工作展示了48个逻辑量子比特的量子纠错，并在解决错误问题的同时增强了计算的稳定性和可靠性。在通往大规模量子计算的道路上，哈佛大学、QuEra和合作伙伴们报告了下面的重要成就：

1、创建并纠缠了迄今为止最大的逻辑量子比特，并展示了在码距为7的情形下，能够检测和纠正在纠缠逻辑门操作过程中出现的任意错误。码距越大，抵抗量子错误的能力就越强。此外，该研究首次表明，增加码距确实可以降低逻辑运算中的错误率；2、实现了48个用于执行复杂算法的小型逻辑量子比特，其性能超过了使用物理量子比特执行相同算法时的性能；3、他们还通过控制280个物理比特，构建了40个码距为3的中型纠错码。

这一突破利用了先进的中性原子量子计算机系统，它结合了数百个量子比特、高保真度的双量子比特门、任意连接、完全可编程的单量子比特旋转以及中间电路读出等特性。该系统还包括了在可重构中性原子阵列中的高效硬件控制，它对整组逻辑量子比特进行直接地并行控制。这种并行控制大大减少了执行逻辑运算的控制开销并降低了复杂性。研究人员在使用多达280个物理量子比特的情况下，只需对不到10个控制信号进行编程，就能执行研究中所需的所有操作。而其他体系在使用相同数量的量子比特时，通常需要数百个控制信号。随着量子计算机规模扩大到数千个量子比特，高效控制变得至关重要。

QuEra计算公司首席执行官Alex Keesling说：“今天对于QuEra和更广泛的量子计算社区来说是一个历史性的里程碑。这些成就是哈佛大学和麻省理工学院的研究人员与QuEra的科学家和工程师多年努力的结晶，它推动了量子计算的发展。这不仅是技术上的飞跃，也证明了合作和投资在开拓性研究中的力量。我们很高兴能为具有可扩展的容错量子计算机新时代奠定基础，它可以解决世界上一些最复杂的问题。量子的未来已经到来，QuEra很荣幸能够站在这场革命的最前沿。”（编译:Tmac）