量子科学家揭秘谷歌表面码实验通用型量子计算机指日可盼

量子运算是一种采用量子力学理论来实现信息传递的新方法，它有望在某些问题上大幅超越传统的经典计算机。然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中之一就是如何有效地纠正量子比特（qubit）在运算过程中受到环境干扰而产生的错误。如果错误率过高，那么量子计算机将无法实现可靠和可扩展的运行。

然而，表面码也存在一个显著缺点：需要大规模冗余资源来编码一个逻辑qubit。例如，在谷歌使用72个物理qubit构建一个distance-5（即每条边长为5个物理qubit）表面码时，只能得到一个逻辑qubit，并且每周期（cycle）出错概率还达到了2.914%。如果想要进一步降低错误率，则需要增加distance值和相应数量物理qubit。

这一突破对于实现通用型量子计算机具有重要意义。根据表面码容错阈值定理，如果物理量子比特每周期出错概率低于1%左右，那么就可以通过增加物理量子比特数量来任意降低逻辑量子比特每周期出错概率，并且只需要很小的计算复杂度开销。换句话说，只要物理量子比特保真度足够高，那么就可以用表面码编码任意多个逻辑量子比特，并且可以在它们之间方便地实现上述的任意操作而不直接地损失必要的信息。

谷歌的实验已经接近了这一阈值，并且展示了通过增加物理量子比特数量来提升逻辑量子比特质量的可行性。这为未来构建更大规模、更高保真度、更低噪声的超导量子处理器提供了重要指导和启示。当然，还有许多工程上和技术上的挑战需要克服，例如如何减少交叉连线、如何优化控制电路、如何提高测量效率等等。随着人类社会的发展，对能源的需求越来越大，而且随着科技的进步，人类对能源的利用方式也在不断改变。

（编辑：银川站长网）

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