谷歌宣布在量子计算机纠错技术取得重要突破

北京时间2月23日早间消息，据报道，根据最新发表在《自然》杂志上的文章，谷歌宣布，在纠正当前量子计算机的固有错误方面取得突破。这标志着，人类在解决量子计算最大技术障碍方面迈出了早期但可能意义重大的一步。

谷歌量子计算项目负责人哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）表示，这一新发现标志着“我们在开发实用量子计算机的过程中的一个重要里程碑”，而纠错是“任何量子计算技术都必须解决的问题”。

由于量子比特只能保持量子态极短的时间，因此目前的量子计算机很难产生有用的结果。这意味着，在量子计算机完成计算之前，量子系统中编码的信息就会丢失。因此，找到一种方式纠正随之而来的错误是量子计算技术面临的最大挑战。

一些量子计算创业公司认为，短期内解决这个问题的办法是探索新方式，对目前的“噪声机器”进行编程，但这种做法意味着，量子计算机相比于传统计算机的性能提升有限。此外到目前为止，这方面的努力尚未取得实际效果。这也使得越来越多的人认为，在纠错问题得到更全面的解决之前，量子计算不具有实用性。

谷歌的研究人员表示，已经找到一种方法，将量子计算机中正在处理的信息分散到多个量子比特上。这意味着，即便单个量子比特脱离了量子态，但作为一个整体的系统可以保存足够多的信息足够长时间，来完成一项计算。

根据发表在《自然》杂志上的文章，随着谷歌扩大技术的应用规模，使其在更大的量子系统上运行，错误率仅降低了4%。但研究人员指出，这是人类首次实现，扩大量子计算机的规模没有导致错误率上升。奈文表示，这表明谷歌已经突破了“平衡点”。在此之后，进一步的发展将实现稳定的性能提升，最终带来第一台可以实际使用的量子计算机。

谷歌研究员朱利安·凯利（Julian Kelly）说，此次的突破来自于谷歌对量子计算机所有组件的优化，涉及量子比特的质量控制、控制软件，以及用于将计算机冷却至接近绝对零度的低温设备。这些优化将错误的数量减少到了足够低，使得扩大系统规模不会导致错误率呈现指数级上升。

谷歌将这一突破描述为建造实用量子计算机所需完成的6个步骤中的第二步。下一步包括完善量子计算机的工程设计，以便只需要1000个量子比特就可以实现所谓的“逻辑量子比特”。逻辑量子比特建立在物理量子比特之上，可以实现无差错的运行。奈文表示，谷歌相信，只要能找到如何构建1000个逻辑量子比特并将其连接至单个系统的方法，就可以获得一台可实用的量子计算机。

谷歌关于量子计算的研究以往曾引发争议。2019年，谷歌发表在《自然》杂志的一篇文章称，已经实现了“量子霸权”，即让量子计算机完成传统计算机无法完成的计算。然而，这一说法遭到了IBM和其他公司的挑战。随着新编程技术的发展，传统计算机性能的提升，量子计算实现“量子霸权”的时间也在被推迟。

在本周发表的文章中，谷歌的研究人员表示，对这一最新突破持“谨慎”态度。他们表示，在纠错技术未来应用至更大规模的量子系统时，仍有一定的可能无法发挥作用。