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克日，南边科技大学量子科学与工程研究院俞大鹏院士领导超导实行室助理研究员徐源研究小组，团结福州大学传授郑仕标、清华大学传授孙麓岩等团队攻坚克难，在基于超导量子线路体系的量子纠错范畴取得突破性庞大实行希望。团结团队通过及时重复的量子纠错技能延伸了量子信息的存储时间，在国际上初次逾越盈亏均衡点，展示了量子纠错上风。这一里程碑突破代表了迈向实用化可扩展通用量子盘算的关键一步。相干研究结果以“Beating the break-even point with a discrete-variable-encoded logical qubit”为题于2023年3月22日在线发表在国际顶尖学术期刊Nature上。
固然基于超导量子线路体系的量子信息处置惩罚范畴的研究近来几年取得了突飞猛进的发展，但由于量子盘算机体系的错误率远高于经典数字盘算机，想要构建具有实用代价的通用量子盘算机，量子纠错必不可少，这是由于量子纠错可以有用的掩护量子信息制止受到情况中噪声的干扰。传统的量子纠错方案编码一个逻辑量子比特必要多个冗余的物理比特，不光必要巨大的硬件资源的开销，而且发生错误的通道数也会随着比特数的增长而明显增多，大概会出现“越纠越错”的尴尬局面。固然这种量子纠错方案已经有多个演示性的实行研究工作，但仍旧无法办理量子纠错过程中“越纠越错”的题目，未真正逾越盈亏均衡点，也就是说，量子纠错之后的结果还远没有到达该体系中不纠错环境下的最好值，无法真正产生正的量子纠错增益。这也是当前量子纠错技能无法实用化、可扩展发展的焦点瓶颈。
图1. 量子纠错过程表示图
为了降服这些题目，该团结研究团队使用微波简谐振子或玻色模式体系中的无穷维希尔伯特空间，实现量子信息的冗余编码与量子纠错。在超导量子线路体系中，基于玻色编码的量子纠错方案具有错误范例简朴、错误探测方便、干系性能好、硬件更高效、反馈控制易实现等长处。在该研究工作中，研究团队通过开辟高干系性能的量子体系，计划和实现低错误率的错误症状探测方法，以及改进和优化量子纠错技能等实行本领，终极在玻色模式中实现了基于离散变量的二项式编码的逻辑量子比特，并通过及时重复的量子纠错过程，延伸了量子信息的存储时间，相干效果初次凌驾该体系中不纠错环境下的最好值，也就是突破了盈亏均衡点。这也是国际上初次通过自动的重复错误探测和纠错过程实现延伸量子信息的存储时间逾越盈亏均衡点，具有里程碑式的紧张意义。
图2. 量子纠错操纵的实行表征效果
在该研究工作中，南边科技大学博士生倪忠初为该论文第一作者。南科大量子科学与工程研究院助理研究员徐源为该论文重要通讯作者，清华大学孙麓岩传授、福州大学郑仕标传授为论文共同通讯作者，俞大鹏院士为末了通讯作者。其他互助者包罗南科大副研究员刘松、燕飞、助理研究员邓晓玮，中国科学技能大学传授邹长铃，北京量子信息科学研究院研究员于海峰和福州大学传授杨贞标等。南边科技大学量子科学与工程研究院为论文第一完成单元。该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家天然科学基金委和南边科技大学等部分的鼎力大举支持。 |
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