微软和Quantinuum今天宣布了量子错误校正领域的一项重大突破。使用Quantinuum的离子阱硬件和微软的新量子比特虚拟化系统，该团队能够运行超过14,000次实验，没有出现任何错误。这个新系统还允许团队检查逻辑比特并在遇到错误时进行校正，而不会破坏逻辑比特。
这两家公司表示，现在已经将量子计算的最前沿移出了通常被称为噪声中间尺度量子（NISQ）计算机时代。“噪声”是因为即使环境发生最微小的变化，量子系统也可能变得随机（或“退相干”），“中间尺度”是因为当前一代量子计算机的规模仍然仅限于最多超过一千个量子比特。量子比特是量子系统中的计算基本单元，类似于经典计算机中的位，但每个量子比特可以同时处于多种状态，直到被测量时才会具体到某个位置，这是量子潜力的基础，可提供极大的计算能力提升。
然而，如果在系统变得过于嘈杂以至于无法获得有用结果（或任何结果）之前，你几乎没时间运行基本算法，那么拥有多少量子比特都没有关系。
通过结合多种不同的技术，该团队能够运行成千上万次实验几乎没有错误。这需要进行相当多的准备工作，并且预先选择看起来已经处于良好状态以确保成功运行的系统，但总的来说，从不久之前的行业发展水平来看，这是一个巨大的改进。
这对于量子计算是朝着正确方向迈出的一步。尽管仍有许多问题需要解决（当然，还需要复制这些结果），但理论上，一个具有100个这些逻辑比特的计算机可能已经可以用于解决一些问题，而一个拥有1,000个量子比特的机器可以“带来商业优势”。
该团队使用了Quantinuum的H2离子阱处理器，将30个物理量子比特组合成四个高度可靠的逻辑比特。将多个物理量子比特编码为单个逻辑比特有助于保护系统免受错误的影响。物理量子比特通过纠缠在一起，因此可以检测物理量子比特中的错误并进行修正。
长期以来，业内一直困扰着这种错误校正技术：噪声越低，物理量子比特的质量越高，当然越好，但是没有复杂的错误校正，没有办法摆脱NISQ时代，因为这些系统迟早都会退相干。
“仅仅增加错误率高的物理量子比特的数量而不改进错误率是徒劳的，因为这样做将导致一个大型的量子计算机，其性能不会比以前更强大，”Azure量子总经理Dennis Tom和微软高级量子开发副总裁Krysta Svore在今天的声明中写道。“相比之下，当使用具有足够优质操作质量的物理量子比特与一个专门的编排和诊断系统配合，以实现虚拟比特时，增加物理量子比特的数量才会产生强大且容错的量子计算机，能够执行更长、更复杂的计算。”
仅仅几年前，逻辑比特开始表现出比物理比特更高的性能。现在，微软和Quantinuum认为他们的新硬件/软件系统展示了物理和逻辑错误率之间最大的差距，比仅使用物理量子比特提高了最多800倍。
研究人员指出，要超越NISQ，逻辑和物理量子比特错误率之间需要有较大的差距，同时还需要能够纠正单个电路错误并在至少两个逻辑量子比特之间生成纠缠。如果这些结果得到验证，那么团队将达到了这三点，我们确实已进入了弹性量子计算的时代。
事实证明，这里最重要的结果实际上可能是团队能够执行“主动综合诊断” — 即，能够诊断错误并纠正它，而不会在过程中破坏逻辑比特。
Tom和Svore解释道：“此成就标志着能够在不破坏逻辑比特的情况下纠正错误，并展示了量子错误校正的基本里程碑。我们使用了我们的量子比特虚拟化系统，在多轮综合诊断中实现了低逻辑错误率。”
现在，其他量子社区将有责任复制这些结果并实施类似的错误校正系统。然而，这很可能只是时间问题。
Quantinuum创始人兼首席产品官Ilyas Khan表示：“今天的成果标志着一个历史性的成就，并美妙地展示了这一合作是如何继续推动量子生态系统的边界。通过将微软的最先进的错误校正与全球最强大的量子计算机以及一体化的方法结合起来，我们为量子应用的下一个演变感到兴奋，迫不及待地想看到我们的客户和合作伙伴将如何从我们的解决方案中受益，尤其是在我们迈向大规模量子处理器的过程中。”
有关详细信息，您可以在此处找到技术论文。
