量子初創企業開發"電梯編碼"，實現錯誤率降低萬倍

借助該方法，添加單個邏輯輔助比特成本低廉，卻能顯著提升邏輯性能。

法國量子初創公司Alice and Bob今日宣布推出一項降低量子計算錯誤率的新方法。該公司在新聞稿中表示，這種方案通過在計算過程中上下移動邏輯量子比特，形成了有助于將邏輯錯誤率降低至萬分之一水平的"電梯編碼"。

量子計算有望完成傳統超計算機需耗時數十年才能完成的運算，各國正積極推動該技術快速發展。然而，計算速度的提升也導致系統出錯概率增加。由于這些計算無法通過其他系統驗證，科學家們致力于在量子計算機內部開發糾錯能力。

然而，不同量子計算系統采用不同的物理機制在量子比特中存儲信息，因此每個系統都需要確定自身的量子糾錯方案。法國量子初創公司Alice and Bob開創性地提出了像電梯般上下移動邏輯量子比特的新方法。

糾錯專用電梯編碼

Alice and Bob的量子計算方法靈感源于著名的"薛定諤的貓"實驗。他們的信息存儲單元不僅被稱為量子比特，更被命名為"貓量子比特"。這并非單純的營銷策略——正如實驗中貓可能同時處于生死疊加態，貓量子比特能在正負兩相中存儲信息。

相較于傳統量子比特僅能單相存儲信息的設計，貓量子比特能有效防范比特翻轉錯誤（即存儲值意外反相的情況）。Alice and Bob稱這種因其設計而先天具備的特性為"被動防護"。但團隊更進一步，通過電梯編碼為其增添了"主動防護"機制。

實現原理

根據該公司向媒體提供的新聞稿，電梯編碼的核心在于編碼級聯技術。團隊在重復編碼基礎上疊加新編碼，從而獲得比特翻轉防護能力。計算過程中，邏輯量子比特如同電梯般上下移動，在邏輯層面運行比特翻轉防護。

該公司理論物理學家迭戈·魯伊斯在新聞稿中表示："如此低的錯誤率將使我們能比預期更早攻克復雜分子模擬等難題。這項研究基于經典計算機可模擬的范圍，有理由推斷若在量子硬件上使用更大規模、更高速率的編碼，或將實現更優異的性能。"

要構建容錯量子計算機，糾錯技術不可或缺。但構建邏輯量子比特需要增加物理量子比特數量，這會推高成本并影響量子計算的經濟可行性。Alice and Bob的方案使添加單個邏輯輔助比特成為低成本操作，卻能顯著提升邏輯性能——同一邏輯輔助比特可在每次檢測后重置復用，且該編碼能在相同物理空間容納更多邏輯量子比特。

相比該公司先前的量子糾錯方案，電梯編碼僅需三倍數量的量子比特，就能幫助團隊實現邏輯錯誤率降低萬倍的突破。

這項研究成果已發表在預印本服務器arXiv上。

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