量子计算取得重要进展：谷歌首次验证量子纠错码性能随着编码规模增加而增强

近日，谷歌Quantum AI团队分别使用17和49个物理量子比特来构建码距为3和5的逻辑量子比特，演示了逻辑错误率随着纠错规模的增加而降低，将可扩展量子纠错往前推进重要一步。该成果于2月22日发表在《自然》杂志上。任何计算过程都会遇到错误，因此量子纠错是构造具有实用价值的量子计算机必不可少的一步。经典计算机可以利用冗余编码将比特中的信息进行复制，以探测并纠正少数比特发生的错误。类似地，量子计算机也可以通过引入更多量子比特构建量子纠错码，来实现错误的探测和纠正。谷歌Quantum AI团队所使用的纠错码方案是表面码（surface code）。表面码由于容错阈值高、且与二维网格结构完美兼容，被认为是最有潜力和实用价值的量子纠错码方案之一。在该项工作中，研究人员一方面进一步提升了量子处理器的性能，实现了保真度约为0.999、0.994和0.98的单比特门、两比特CZ门和读取，以及保真度为0.998的reset操作；另一方面，也开发了一系列模拟器和解码器，包括基于张量网络的近似极大似然解码器、可用于模拟态泄露和串扰的问题的Pauli模拟器，以及发展了一套逻辑错误率各成分影响分析