(词林正韵)
文/冯志清(上海)
综合新华社最新消息,12月23日从中国科学技术大学获悉,该校中科院院士潘建伟携手朱晓波、彭承志和副教授陈福升等四位博士生导师,最近基于超导量子处理器“祖冲之3.2号”在码距为7的表面码上实现了低于纠错阈值的量子纠错,使得我国达到了“低于阈值,越纠越对”的关键里程碑。此举为未来大规模容错量子计算奠定关键技术基础。
公开资料显示:何谓量子纠错的核心原理与技术方法?
量子纠错的核心在于利用冗余量子比特编码逻辑信息,通过周期性测量和动态修正抵御噪声干扰。其技术流程分为三步:首先将1个逻辑量子比特的信息分布到多个物理量子比特的纠缠态中(如表面码的二维晶格结构);其次通过辅助比特测量“稳定器值”生成错误综合征;最后根据综合征定位错误类型(如比特翻转X错误或相位翻转Z错误)并施加纠正操作(如X门或Z门)。其主流技术方案包括:(1)表面码(Surface Code):当前超导量子计算的主流方案,通过二维网格布局检测比特翻转与相位错误,容错阈值约1%,但需约25个物理比特编码1个逻辑比特。
(2)拓扑编码:如中国科学家研发的高阶拓扑相编码技术,将量子信息保护在系统边界的“角模式”中,使纠错能力提升10倍,单逻辑比特错误率降至0.1%以下。
(3)qLDPC码与色码:qLDPC码通过稀疏校验矩阵降低90%物理比特开销;色码基于三维拓扑结构支持高效通用门操作,减少20%硬件需求。
消息面称,实现容错通用量子计算机的必要条件是通过量子纠错抑制量子比特的错误率以满足大规模集成的要求。表面码是目前最成熟的量子纠错方案之一。通过表面码将多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特,原理上随着物理比特数目(即码距)的增加,逻辑比特的错误率能够不断降低。
然而,量子纠错需要引入大量额外的量子比特和量子门操作,导致更多的噪声源和错误通道。如果物理量子比特的原始错误率过高,增大纠错码距带来的额外错误反而会淹没纠错带来的收益,导致“越纠越错”。在所有错误类型中,“泄漏错误”尤为致命——量子比特会脱离预定的计算能级,进入无法通过表面码直接纠正的无效状态。随着系统规模的扩大,泄漏错误的累积效应将成为阻碍纠错性能提升的主要瓶颈。
因此,全球量子纠错研究的焦点在于不断降低物理比特的各类错误水平,特别是抑制泄漏错误,使系统的整体操控精度突破一个严苛的“纠错阈值”。只有跨越这一阈值,量子纠错才能产生正向净收益,实现“越纠越对”的理想效果。实现“低于阈值”的量子纠错,成为衡量量子计算系统能否从实验室原型走向实用化的关键分水岭。
近期,中国科大潘建伟院士团队基于107比特“祖冲之3.2号”量子处理器,提出并成功实践了一种全新的“全微波量子态泄漏抑制架构”。在“祖冲之3.2号”处理器本身具备的高精度单双比特门操作、长相干时间等优异性能基础上,研究团队结合全微波量子态泄漏抑制架构,实现了码距为7的表面码逻辑比特。
笔者志清今天(12月24日)晨获悉,中科大潘建伟院士等4位博士生导师团队的最新实验结果显示,逻辑错误率随码距增加显著下降,错误抑制因子达到1.4,证明了该系统已工作在纠错阈值之下,成功达到了“越纠越对”的目标。同时,研究人员介绍,全微波量子态泄漏抑制架构具有天然的频分复用特性,为未来构建百万比特级量子计算机提供了一种更具优势的解决方案。同时,该成果以封面论文和“编辑推荐”的形式发表于权威学术期刊《物理评论快报》,而在全球独树一帜。为此特赋《庆金枝》为评为贺。
中科四导师。
祖充子、破关时。
深研超导纠偏值,
量子学新枝。
码号系七低通值,
便从此、纠正菲。
降低比特始开眉。
越纠越正归。
一一2025年12月24日凌晨时事诗评
冯志清,男,中共党员,大学本科,在职工商管理硕士,高级政工师、经济师,化工企业多年公司党 委书 记、董事长,中华诗词学会会员、上海诗词学会会员。曾兼任:中国化工政研会常务理事、中国化工报社记协特约记者兼顾问、中国化学试剂工业协会第5~7届副理事长、上海市职工政研会理事兼特约研究员、中国化工文化艺术联合会常务理事、中国化工作家协会第1~3届副主席和1~4届理事、顾问;中国文学艺术联盟签约作家、上海诗社会员、冰心文化传媒网顾问、《2019年中国诗歌大典》副主编、2020年《古韵新风》第一册常务副总编、2023年《古韵新吟》执行主编、2025年《古韵新声》执行主编、上海诗社行政社长、上海新诗社副总编、天下诗词文学时事评论员。1983年起,有各种论文、报告文学、散文、诗词在中央、部、直辖市等媒体发表或收录。