Quantinuum的研究人员报告,其基于囚禁离子的Helios处理器显著降低了量子存储错误,为实现更可靠的量子计算迈出一步。这篇预印本列入arXiv十月二十日的新论文名单,此前该公司已于十月十九日从美国科罗拉多州布鲁姆菲尔德发布公告。团队报告的存储保真度为百分之九十九点九九九九五,相当于每一百万次纠错循环大约出现五次逻辑失效。这项结果涉及量子信息在反复纠错过程中的保存能力。公告中的准确率因此对应存储实验中的逻辑层表现;研究的目标是让量子信息在纠错保护下更加稳定,从而为更可靠的计算提供基础。
阿里·拉瓦萨尼及其同事的研究考察,增加物理量子比特能够多有效地保护一个逻辑量子比特。后者是经过编码、用于保存量子信息的单位。研究人员指出,只有当硬件噪声足够低时,额外的纠错保护才能减少错误,而不是因增加操作而引入更多错误。能够在增加保护的同时降低失效率,是执行更长时间量子计算的一项核心要求,也是这项实验要检验的问题。这里增加的是承担保护任务的物理量子比特,而被保存的是编码后的逻辑信息。研究关注的是这种额外投入是否确实带来更少的错误,这也决定了保护方案能否帮助计算持续更长时间。
团队测试了码距分别为三、五和七的三角形色码,逐级加强保护。根据预印本,每增加一级码距,逻辑存储错误平均降低约十二倍。在另外开展的双量子比特克利福德门测试中,码距从三增加到五时,错误降低约九倍。存储测试与逻辑门测试衡量的是不同的性能方面,因此不能把两组结果视为对同一项能力的重复测量。随着码距增加,编码保护随之增强。十二倍这一数值是相邻测试级别之间存储错误减少程度的平均值,而约九倍的结果来自单独进行的逻辑门实验,不能直接替代存储错误率。
Quantinuum的技术说明指出,最佳存储错误率估计来自二万九千次实验中观察到的三次失效,每次实验包含二十轮纠错,总计五十八万轮。预印本给出的中心估计是每百万轮五次错误,不确定性范围约为每百万轮三次至九次。这一数字描述的是每轮纠错中受保护存储的表现,并不表示整个算法已经能够以相同的准确率成功运行。实际观察到的失效次数很少,因此应同时关注估计范围。换言之,每百万轮约五次是依据实验数据推算的错误发生率,而不是研究人员已经完成一百万次连续无错计算的证明。应当把测量次数、观察到的失效和估计的不确定性一并理解。
公司表示,这一存储错误率比九月公布的结果降低了十倍,两次实验使用相同的Helios硬件,但采用不同编码。公司把这项进展与计划在二〇二九年推出的容错计算机Apollo联系起来。不过,这个日期仍然是企业设定的目标。此次新列入名单的研究属于预印本,不能据此认定一台通用容错量子计算机已经能够投入使用。公司对未来设备的规划,与本次实验已经实际完成的内容,是不同层面的信息。相同硬件上更换编码带来的改善,并不等于所有实现通用容错计算所需的功能都已整合完毕。
进一步整合各项组件仍有必要。Quantinuum承认,魔术态制备尚未实现低于纠错阈值的规模扩展示范,而在这一计算方案中,魔术态是实现通用计算所需的资源。公司表示,下一步将把色码组件结合起来,执行规模更大、可靠性更高的计算。因此,现有结果支持量子纠错能力正在进步这一判断,但完整计算系统的运行能力仍需要通过后续实验加以证明。接下来的任务既包括组合已有组件,也包括在更大的计算中检验可靠性。因此,实验显示的错误抑制进展仍需转化为完整系统的实际表现,才能进一步验证公司的发展目标。
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