量子计算20年难题破了:17个量子比特,1.66微秒,首次“边算边纠错”(量子计算突破)

量子计算机算力碾压传统计算机

醒醒吧

量子比特每时每刻都在出错,量子态从0突然跳到1叫比特翻转,叠加态的相位从正变负叫相位翻转,这两种错误随时随地、毫无预警地发生,你可以把它想象成飞机发动机每隔几秒就抽风一次

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要么停下来修(损失算力),要么硬飞(结果全错),

这就是为什么实时量子纠错成了量子计算能否超越经典计算机的生死线,

但量子世界有条铁律叫不可克隆定理,你不能像传统计算机那样复制一份数据来比对,量子态一旦被测量就会坍塌,想复制,门儿都没有

那怎么纠错,科学家们想了个招,用一大堆物理量子比特来保护一个逻辑量子比特,瑞士ETH苏黎世的实验中,他们用17个物理量子比特编码了1个逻辑量子比特,排成方阵,不断测量周围的稳定器来检测错误,发现问题就纠正

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这套方案在存储模式下已经能用了,量子信息躺着不动时,纠错可以持续进行,

但量子计算机总得干点正事吧

一旦开始运算纠错就要暂停,就像跑步的时候系鞋带,你要么停下来系,要么鞋带甩着跑,

瑞士人刚刚证明,可以边跑边系鞋带,ETH苏黎世团队在《NaturePhysics》上发表了这项成果,成功在超导量子比特上执行运算的同时持续纠错,这是超导路线的第一次

他们用的技术叫晶格手术(latticesurgery)

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听起来好像挺玄乎的,其实原理没那么复杂,把方阵中间的3个数据量子比特读出来,就跟沿着中线切一刀似的,把一个逻辑量子比特分成两半,这个分裂操作每1.66微秒就执行一次,在整个过程里,比特翻转错误一直被纠正着

“手术结束后,我们得到了两个相互纠缠的逻辑量子比特”研究者Besedin解释道

这不是一个完整的量子门,但它是构建量子门的基石,“可以说,晶格手术操作就是那个操作,其他所有操作都可以从它构建出来”Besedin说

为什么偏偏超导路线这么难

因为超导量子比特有个先天缺陷,它们被焊死在『芯片』上,动弹不得

中性原子量子比特可以用激光镊子搬来搬去,超导量子比特不行,只有物理上相邻的量子比特才能相互作用,晶格手术正是为这种行动不便的量子比特量身设计的,这也是为什么这项突破意义重大:它为由数千甚至数百万量子比特组成的超导量子设备铺平了关键道路,

但别高兴太早,目前的17个物理量子比特只搞定了比特翻转纠错,相位翻转还在路上,要让分裂操作对两种错误都完全稳定,需要41个物理量子比特

而且,GoogleWillow团队估计,要达到能用的量子计算所需的超低错误率,大约1000个物理量子比特可能会用来支撑每个逻辑量子比特,通过改进纠错技术或许能将其降到200个左右

从17到200,再到1000,这中间还有很长的路,但风向确实变了

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Nature》最近有一篇综述提及,有一系列颇为令人惊讶的进展,可用的量子计算机或许在十年内便会出现,2025年前十个月,量子纠错领域的同行评审论文从2024年的36篇一下子剧增到120篇,当下所有主要的量子比特类型都已经跨越了99%双量子比特门保真度的纠错门槛,也就是说,量子系统纠错的速度总算是能够比错误累积的速度快了,

量子计算不是不够快,是不够稳,现在,“稳”的问题终于被撕开了一道口子

超导路线、中性原子路线、离子阱路线正在一起竞争,2025年诺贝尔物理学奖得主John Martinis也参与了量子纠错报告的访谈,能看出这个赛道有多热门

你觉得量子计算最先会颠覆哪个行业?评论区见

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