中外科学家实现量子纠错的“完美编码”

3月24日电 记者24日从中国科学技术大学获悉，清华大学潘建伟、敖、马、牛津大学等机构的科学家利用超导量子比特进行实验，探索五量子比特纠错码，验证了超导量子比特在超导量子系统上实现量子纠错码的可行性。研究结果最近发表在《国家科学评论》。

量子纠错是实现通用容错量子计算的关键。在量子纠错中，一个重要的里程碑是实现优于简单物理量子位的逻辑量子位纠错。未来10年，实现通用量子纠错码仍然是最大的挑战和难题。

首先，研究人员优化了超导量子位，实现了100多个量子门。用于实现五量子位纠错码的设备是一个12位超导量子处理器。在这12个量子位中，研究人员选择了5个相邻的量子位进行实验，它们通过电容耦合到最近的量子位。经过精心校正和优化门参数，单比特门的平均保真度为0.9993，双比特门的平均保真度为0.986。研究人员仅通过使用单个量子位旋转门和两个量子位控制的相位门，就实现了逻辑状态的编码和解码。

在此基础上，研究人员从理论上对编码过程进行了编译和优化，将最近的受控相位门数量减少到8个，最终实现了一个全功能五位纠错码的基本组成部分，包括将一般逻辑量子位编码成纠错码。然后，研究人员验证了纠错码的关键特征，包括识别任意单比特错误和逻辑门操作，从而实现所谓的“完美编码”。