2月23日消息，周三（2月22日），科学顶刊《自然》上公布了一项壮举：谷歌宣布量子计算机在纠错方面已取得突破性进展，达到了通向实用量子计算机道路上的第二个里程碑。

量子计算机被誉为计算的未来，能够运行一些在传统计算机上非常困难或不可能进行的计算。

但它们也容易出错，这是该技术实际应用中存在的主要问题之一。所以纠错也是量子计算机面临的主要挑战之一。

在加利福尼亚州圣巴巴拉市的一个实验室里，谷歌的研究人员已经证明，他们可以通过增大量子比特的数量来降低计算的错误率。谷歌将这一突破称为，继2019年“量子优势”里程碑后的第二个里程碑。

2019年的一项著名实验得出，谷歌的量子计算机实现了“量子优势”——即执行在普通计算机上需要数千年才能完成的计算。

纠错是个主要挑战

传统计算机中的基本信息单位被称为“位”，以1和0的字符串形式存储。

在量子计算机系统中，这些单位被称为“量子位”（量子比特），可以同时是1和0。量子计算机利用量子物理的特性来存储数据并进行计算。

从理论上讲，这使得量子计算机的计算能力比传统计算机强得多，可以执行现有计算机需要多年才能完成的任务。

然而，量子计算机很容易犯错，这是因为各种环境因素会使量子比特偏离预期状态，例如宇宙射线，这是一种来自太空的高能辐射。

量子比特依赖的量子态只能维持不到一秒。这意味着，还没等到计算机完成计算，量子系统中存储的信息就可能已经丢失了。所以，在量子计算机中传递信息的能力是脆弱的，而热量和材料缺陷等环境干扰会导致错误逐渐增加。

逻辑量子比特

谷歌和Alphabet的首席执行官皮查伊（Sundar Pichai）在一篇博客文章中写道，“我们的量子人工智能研究人员首次通过实验证明，可以通过增加量子比特的数量来减少错误。”

谈及具体方式，皮查伊称，“我们不是在量子处理器上对每个物理量子比特进行逐个纠错，而是将一组量子比特视为一个逻辑量子比特去处理。”

谷歌量子AI工程总监Hartmut Neven博士对此展开了研究。在这项研究中，Neven博士和他的同事们创建了一个拥有72个物理量子比特的超导量子处理器，并测试了两种不同大小的逻辑量子比特：一种是由49个物理量子比特组成，另一种是由17个物理量子比特组成。

结果显示，量子计算造成的错误依旧存在，不过经过研究人员统计错误率，发现较大的逻辑量子位的错误率较低，每轮错误率约为2.9%，而较小的逻辑量子位的错误率约为3.0%。

所以说，由49个量子比特制成的逻辑量子比特的表现要优于17个量子比特制成的逻辑量子比特。

对此，皮查伊称赞道，“我们的突破代表着我们操作量子计算机的方式发生了重大转变。

还有长路要走

Neven还承认，这项突破的改进仍然很小，错误率需要进一步降低。

新加坡Horizon Quantum的物理学家Joe Fitzsimons表示，各个实验室都已经在有效纠错方面取得了重大进展，谷歌的最新成果具有许多必需的特征。不过量子比特需要有存储信息的能力，以便计算机有足够的时间进行计算，目前谷歌团队还没有实现这一壮举。

谷歌为自己制定了量子计算路线图，其中有六个关键里程碑。第一是量子优势，第二是最新的纠错结果，而第六里程碑是一台由100万个物理量子比特组成的处理器，编码1000个逻辑量子比特。

Neven称，“当到达第六阶段，我们可以自信地承诺其商业价值。”