Quantum Elements 在 IBM 处理器上实现创纪录的逻辑量子比特保真度

近期一系列研究正在推进科学家识别和对抗量子处理器错误的能力,解决了该领域许多人认为是实用量子计算的核心障碍。仅在过去几周内,各研究团队就发表了关于新型错误检测技术、创纪录的逻辑量子比特保真度以及全新类别的纠错码的研究成果——这些都旨在使量子机器足够可靠以满足实际应用需求。

通过混合方法实现创纪录的保真度

总部位于洛杉矶的量子软件初创公司Quantum Elements于3月4日宣布,在《自然通讯》(Nature Communications)上发表了一篇经同行评审的论文,展示了在超导量子处理器上实现纠缠逻辑量子比特的最高保真度。该研究由南加州大学(USC)、IBM和亚琛工业大学(RWTH Aachen University)的科学家共同撰写,引入了一种混合方法,将量子错误检测与应用于逻辑层的新型动态解耦技术相结合。该技术在127量子比特的IBM超导处理器上进行了测试,实现了91%至94%的逻辑贝尔态保真度,后选择编码态的保真度更是高达98%——超越了此前基于transmon的结果(通常在79%至93%之间)。

"通过将基于编码的动态解耦直接集成到逻辑层,该研究表明,与仅使用物理技术相比,我们可以更有效地抑制错误,"南加州大学维特比工程学讲席教授、论文共同作者Daniel Lidar说道。

幻影码与硅基突破

另外,马里兰大学和美国国家标准与技术研究院的研究人员推出了"幻影码"——一类新型量子纠错码,能够在编译期间纯粹通过重新标记物理量子比特来实现逻辑量子比特之间的纠缠门操作,无需任何额外的物理操作。端到端噪声模拟显示,与传统表面码相比,幻影码在某些任务中可将逻辑错误减少一到两个数量级。

与此同时,国际量子研究院和南方科技大学的团队在《自然·电子学》上发表的研究结果表明,硅基量子处理器能够使用稳定子测量来检测单量子比特错误,同时保持纠缠态——这是硅基系统迈向容错性的重要一步。

行业聚焦纠错技术

随着纠错技术成为分析师所称的行业决定性工程挑战,这些进展应运而生。 旗下的谷歌在今年早些时候详细介绍了动态表面码技术,该技术通过减少每个量子比特所需的耦合器数量,降低了纠错所需的硬件要求;而 Alice & Bob 则推出了"电梯码",预计仅需将量子比特数量增加三倍,即可将逻辑错误率降低 10,000 倍。这种进展速度表明,从实验室演示到容错量子计算的路径正在以超出许多人预期的速度缩短。