中国科大在量子纠错领域达到关键里程碑

　　中国迷信技能年夜学传授潘建伟、朱晓波、彭承志以及陈福升副传授等，基于超导量子处置惩罚器“祖冲之3.2号”正在码距为7的名义码上完成了低于纠错阈值的量子纠错，演示了逻辑不对率随码距增长而显著降落。这一结果使患上我国到达了“低于阈值，越纠越对”的要害里程碑，同时也斥地了一条较美国google公司更为高效的“全微波节制”新路径，为将来年夜范围容错量子计较奠基要害技能根蒂根基。12月22日，该结果以封面论文以及“编纂保举”的情势颁发于国际物理学权势巨子学术期刊《物理评论快报》^[1]。

　　完成容错通用量子计较机的须要前提是经由过程量子纠错按捺量子比特的不对率以餍足年夜范围集成的要求。名义码是今朝最成熟的量子纠错方案之一。经由过程名义码将多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特，道理上跟着物理比特数量（即码距）的增长，逻辑比特的不对率可以或许一直升高。

　　然而，量子纠错需求引入年夜量分外的量子比特以及量子门操作，招致更多的噪声源以及不对通道。要是物理量子比特的原始不对率太高，增年夜纠错码距带来的分外不对反而会沉没纠错带来的收益，招致“越纠越错”。正在一切不对类型中，“走漏不对”尤其致命——量子比特会离开预约的计较能级，进入无奈经由过程名义码间接改正的无效状况。跟着体系范围的扩展，走漏不对的累积效应将成为阻碍纠错机能晋升的首要瓶颈。

　　是以，寰球量子纠错研究的核心正在于一直升高物理比特的各种不对程度，出格是按捺走漏不对，使体系的全体操控精度冲破一个严苛的“纠错阈值”。惟独逾越这一阈值，量子纠错能力发生正向净收益，完成“越纠越对”的抱负效果。完成“低于阈值”的量子纠错，于是成为权衡量子计较体系可否从试验室原型走向实用化的要害分水岭。

　　中国科年夜超导量子计较研究团队正在国际上较早结构名义码量子纠错研究。2022年，研究团队基于“祖冲之2号”超导量子处置惩罚器率先完成了码距为3的名义码逻辑量子比特，初次验证了名义码方案的可行性^[2]。2023年，google完成了码距为5的名义码纠错。受限于其时较高的物理量子比特各种不对程度，以上事情都未能真正冲破纠错阈值^[3]。

　　2025年2月，google团队哄骗其“垂柳”处置惩罚器，开发了一种基于直流脉冲的量子态走漏按捺要领，正在码距为7的名义码上完成了低于阈值的逻辑比特^[4]。然而，该技能线路对量子处置惩罚器的芯片架构（如比特间毗连体式格局）施加了较多约束。同时，跟着量子比特数扩大，这类方案正在极高温情况下需求庞大的布线，硬件资本开支极年夜。

　　2025年末，中国科年夜团队基于107比特“祖冲之3.2号”量子处置惩罚器，提出并胜利理论了一种全新的“全微波量子态走漏按捺架构”。正在“祖冲之3.2号”处置惩罚器自身具有的高精度单双比特门操作、长相关时间等优秀机能根蒂根基上，研究团队联合全微波量子态走漏按捺架构，完成了码距为7的名义码逻辑比特。试验成果显示，逻辑不对率随码距增长显著降落，不对按捺因子到达1.4，证实了体系已事情正在纠错阈值之下，胜利到达了“越纠越对”的方针。同时，全微波量子态走漏按捺架构具备自然的频分复用特征，正在硬件效率以及扩大性上较google的技能线路具备显著上风，为将来构建百万比特级量子计较机供给了一种更具上风的解决方案。

　　图1. 左：跟着码距增从3（橙色框内比特）增年夜到5（白色框内比特）再到7（一切彩色标注比特），右：逻辑不对率指数降落

　　审稿人对该事情赐与高度评估，以为这是一项“大志勃勃且使人印象粗浅的研究”（an ambitious and impressive study），并指出该事情“确立了走漏按捺的体系蓝图”（a blueprint for leakage management）。

　　该研究获得国度科技重年夜专项、国度天然迷信基金委员会、中国迷信院及安徽省、上海市、山东省、合胖市、济南市等的撑持。

　　参考材料：[1]. Tan He, Weiping Lin, Rui Wang et al., Experimental Quantum Error Correction below the Surface Code Threshold via All-Microwave Leakage Suppression, Physical Review Letters 135, 260601 (2025).

　　[2]. Youwei Zhao, Yangsen Ye, He-Liang Huang et al., Realization of an Error-Correcting Surface Code with Superconducting Qubits, Physical Review Letters 129, 030501 (2022).

　　[3]. Google Quantum AI, Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit, Nature 614, 676 (2023).

　　[4]. Google Quantum AI and Collaborators, Quantum error correction below the surface code threshold, Nature 638, 920 (2025).