科技日報記者 張佳欣

據(jù)最新一期《自然·物理學(xué)》雜志報道，澳大利亞悉尼大學(xué)研究團(tuán)隊提出一種新型量子糾錯方案，可大幅減少構(gòu)建大規(guī)模容錯量子計算機(jī)所需的物理量子比特數(shù)量。

量子計算依托量子態(tài)的疊加和干涉效應(yīng)。然而量子態(tài)極為脆弱，任何微小的環(huán)境干擾都可能使疊加態(tài)坍縮，喪失量子優(yōu)勢。量子糾錯技術(shù)通過將信息編碼在多個物理量子比特上，使錯誤在不干擾運算的情況下被檢測和糾正，是實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的核心環(huán)節(jié)。

在傳統(tǒng)設(shè)計中，保護(hù)量子信息所需的額外量子比特和操作數(shù)量會隨計算規(guī)模快速增加，從而使大規(guī)模量子計算難以實現(xiàn)。近期提出的“量子硬盤”設(shè)計概念，使存儲信息成本僅與存儲量成比例。

此次新研究則進(jìn)一步解決了如何在保持效率的情況下，對量子信息進(jìn)行邏輯處理的問題。

新方案的核心在于引入“規(guī)范理論”，能夠讓量子系統(tǒng)追蹤全局活動，而無需讓單個量子比特局部坍縮，從而保持量子信息的完整性。這一思路使量子計算在處理邏輯信息時更加穩(wěn)定高效，同時降低了對物理量子比特的需求。

新設(shè)計中，邏輯處理器系統(tǒng)與高效量子存儲相結(jié)合，通過數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)排列信息，實現(xiàn)全局量子信息的高效監(jiān)控與處理，從而降低誤差并支持?jǐn)U展。該方案既保持了下一代量子存儲的效率優(yōu)勢，又增加了邏輯處理能力，為構(gòu)建大規(guī)模容錯量子計算機(jī)提供了靈活架構(gòu)。

量子糾錯技術(shù)并非保護(hù)單個比特，而是通過多個物理量子比特協(xié)同編碼信息，實現(xiàn)錯誤檢測與糾正，從而保持量子計算的優(yōu)勢。隨著全球科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)加快量子計算硬件研發(fā)，不同的糾錯策略正競爭成為主導(dǎo)框架。這項研究提供了降低物理量子比特需求的可行路徑，有望推動量子計算向大規(guī)模、實用化邁進(jìn)。