中国的量子计算机利用微波技术

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中国的研究人员开发了一种基于微波的量子纠错新方法，帮助他们跨越了一个关键门槛，证明量子计算机可以实现规模化运行。

在这一成果上，研究人员仅次于谷歌，但在解决方案的效率和实用性方面超越了这家科技巨头。

量子计算机有望带来一种计算速度远超当今最快超级计算机的全新计算世界。与只能表示 0 或 1 的二进制比特不同，量子计算机使用量子比特（qubit），它们既可以存储 0 和 1，也可以存储介于两者之间的状态，从而指数级提升计算能力。

然而，量子计算面临的主要障碍是在计算过程中不可避免地会引入错误。科学家们尝试通过纠错技术来降低这些错误，这些技术可以基于硬件、基于软件，或两者结合。

在某些方法中，会增加更多量子比特，将信息分散到多个量子比特上，但这同时也扩大了在计算过程中引入更多错误的可能性。

纠错阈值

由于增加量子比特本身会带来悖论，科学家们将注意力集中在一个被称为“纠错阈值”的关键临界点上。只有当计算超过这一阈值时，纠错机制才会真正发挥作用，因为它能够增强系统的稳定性。

一旦超过该阈值，纠错反而会引入比消除更多的错误，使其变得毫无用处。对于任何可扩展的量子计算机方案而言，纠错所带来的误差必须始终保持在这一阈值之下。

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Atlas Pro
中国在现代科技中的秘密武器

美国和中国是量子计算领域的领跑者，双方都在投资于“表面码”（surface code），这是目前最广泛使用的量子纠错方法。

2022 年，由量子物理学家潘建伟领导的中国科大研究团队通过实现一个最小纠错单元——距离为 3 的表面码逻辑量子比特——展示了这一原理的可行性。次年，谷歌通过实现距离为 5 的表面码纠错，在这一成果上超过了中国科大的研究。

今年早些时候，谷歌的 Willow 量子处理器实现了距离为 7 的表面码逻辑量子比特，证明随着量子比特数量的增加，错误率可以呈指数级下降。

谷歌 Willow 量子处理器，拥有 105 个量子比特。图片来源：谷歌。

然而，潘建伟团队在接受《南华早报》采访时表示，谷歌的方法对芯片设计提出了严格限制，并且在超低温环境下需要越来越复杂的布线。

基于微波的方法

在最近发表的一篇论文中，潘建伟团队采用了一种全微波方法来抑制误差，而不是依赖硬件控制。通过表面码纠错，该团队成功实现了与谷歌相当的距离为 7 的逻辑量子比特。

团队还实现了 1.4 的误差抑制因子，这表明随着纠错规模的扩大，错误率反而降低，说明大规模量子计算机是可行的。

更重要的是，这种基于微波的方法并不会对芯片施加同样严格的限制，反而放宽了这些要求。由于微波信号可以复用并通过同一根导线传输，该方法降低了硬件开销和布线复杂度，使可扩展量子计算机更具可行性。

这一成果表明，在未来，拥有甚至数百万个量子比特的容错量子计算机是可能实现的。