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比Google技術更高效,中國量子糾錯達關鍵里程碑
實現容錯通用量子電腦的必要條件是通過量子糾錯抑制量子位元的錯誤率以滿足大規模整合的要求。科普先森從中國科學技術大學獲悉,潘建偉、朱曉波、彭承志和陳福升等人,基於超導量子處理器“祖沖之3.2號”在碼距為7的表面碼上實現了低於糾錯閾值的量子糾錯,演示了邏輯錯誤率隨碼距增加而顯著下降。這一成果使得中國達到了“低於閾值,越糾越對”的關鍵里程碑,同時也開闢了一條較美國Google公司更為高效的“全微波控制”新路徑,為未來大規模容錯量子計算奠定關鍵技術基礎。12 月 22 日,該成果以封面論文和“編輯推薦”的形式發表於《物理評論快報》,美國物理學會《物理》欄目進行專題報導。【全球量子糾錯研究的焦點】表面碼是目前最成熟的量子糾錯方案之一。通過表面碼將多個物理量子位元編碼成一個邏輯量子位元,原理上隨著物理位元數目(即碼距)的增加,邏輯位元的錯誤率能夠不斷降低。然而,量子糾錯需要引入大量額外的量子位元和量子門操作,導致更多的噪聲源和錯誤通道。如果物理量子位元的原始錯誤率過高,增大糾錯碼距帶來的額外錯誤反而會淹沒糾錯帶來的收益,導致“越糾越錯”。在所有錯誤類型中,“洩漏錯誤”尤為致命——量子位元會脫離預定的計算能級,進入無法通過表面碼直接糾正的無效狀態。隨著系統規模的擴大,洩漏錯誤的累積效應將成為阻礙糾錯性能提升的主要瓶頸。因此,全球量子糾錯研究的焦點在於不斷降低物理位元的各類錯誤水平,特別是抑制洩漏錯誤,使系統的整體操控精度突破一個嚴苛的“糾錯閾值”。只有跨越這一閾值,量子糾錯才能產生正向淨收益,實現“越糾越對”的理想效果。實現“低於閾值”的量子糾錯,因而成為衡量量子計算系統能否從實驗室原型走向實用化的關鍵分水嶺。【低於閾值,越糾越對】中國科大超導量子計算研究團隊在國際上較早佈局表面碼量子糾錯研究。2022年,研究團隊基於“祖沖之2號”超導量子處理器率先實現了碼距為3的表面碼邏輯量子位元,首次驗證了表面碼方案的可行性。2023年,Google實現了碼距為5的表面碼糾錯。受限於當時較高的物理量子位元各類錯誤水平,以上工作都未能真正突破糾錯閾值。2025年2月,Google團隊利用其“垂柳”處理器,開發了一種基於直流脈衝的量子態洩漏抑制方法,在碼距為7的表面碼上實現了低於閾值的邏輯位元。然而,該技術路線對量子處理器的晶片架構(如位元間連接方式)施加了較多約束。同時,隨著量子位元數擴展,這種方案在極低溫環境下需要複雜的布線,硬體資源開銷極大。2025年底,中國科大團隊基於107位元“祖沖之3.2號”量子處理器,提出並成功實踐了一種全新的“全微波量子態洩漏抑制架構”。在“祖沖之3.2號”處理器本身具備的高精度單雙位元門操作、長相干時間等優異性能基礎上,研究團隊結合全微波量子態洩漏抑制架構,實現了碼距為7的表面碼邏輯位元。實驗結果顯示,邏輯錯誤率隨碼距增加顯著下降,錯誤抑制因子達到1.4,證明了系統已工作在糾錯閾值之下,成功達到了“越糾越對”的目標。同時,全微波量子態洩漏抑制架構具有天然的頻分復用特性,在硬體效率和擴展性上較Google的技術路線具有顯著優勢,為未來建構百萬位元級量子電腦提供了一種更具優勢的解決方案。 (科普先森)
量子計算,中國取得重要突破
根據清華大學官微消息,近日,清華大學電腦系量子軟體研究中心陳建鑫課題組與北京量子資訊科學研究院燕飛團隊合作,在量子電腦體系結構領域,取得重要進展。研究團隊在國際上首次實現了,支援任意兩位元量子閘直接程式設計的指令集架構AshN,相關研究成果以「基於統一控制方案的任意兩位元閘的高效實現」為題發表於《自然·物理》(Nature Physics)。在傳統量子電腦中,複雜量子操作通常需要透過分解為CNOT閘和單一位元閘的組合來實現,這種方法不僅效率較低,還容易引入操作誤差。針對這個關鍵問題,陳建鑫課題組創新地提出了AshN量子指令集架構,採用磁通調控與微波驅動的協同操控機制,透過統一控制方案下多參數協同調控,實現了對兩位元酉矩陣,所有等價類的完整覆蓋。此架構的核心優點包括,透過統一控制脈衝可直接實現任意兩位元酉矩陣操作,完全避免了傳統閘級分解的繁瑣過程。與傳統方案相比,此架構能大幅減少閘門運算元量,並顯著降低誤差累積。在合理假設下,此架構可保證演化時間的最短性,使得高精度物理實現成為可能。該架構已在北京量子資訊科學研究院的主流超導量子位元平台上,成功實現並驗證。其創新的指令集架構,可直接提升現有超導量子晶片的效能表現。 (硬核科技資本論)
量子晶片的未來:中國在量子計算的戰略佈局!
近年來,中國在量子晶片技術領域取得了顯著進展,為計算領域的潛在革命性變化奠定了基礎。量子晶片通過處理量子位元(qubits),能夠實現比傳統矽基晶片快得多的資料處理速度。這一技術的突破不僅有望重塑全球技術標準,還將在加密、人工智慧和複雜系統建模等領域帶來深遠影響。 中國政府高度重視量子技術的發展,近年來投入了大量資金,並推動學術界與工業界之間的緊密合作。通過建立獨特的生態系統,中國旨在加速量子晶片的開發和應用。目前,中國已經啟動了多個試點項目,並與全球企業建立了合作夥伴關係,以推進量子晶片技術的商業化和實際應用。 量子晶片的核心優勢在於其能夠處理量子位元,從而實現指數級的資料處理速度。與傳統晶片逐個處理位元不同,量子晶片利用量子位元的疊加和糾纏特性,能夠同時處理多個計算任務,極大地提高了計算效率。這一技術的突破有望為全球網路安全、人工智慧和複雜系統建模等領域帶來變革性的變化。 中國量子晶片技術的進步離不開學術界與工業界的緊密合作。大學和研究機構與科技巨頭及初創公司攜手,共同推動量子研究的邊界。這種合作模式不僅產生了多個試點項目,還促成了國際合作夥伴關係,重點關注加密、複雜系統建模和人工智慧的實際應用。教育機構與商業企業之間的協同作用為創新和加速發展營造了一個充滿活力的環境。