量子计算最新研究：“猫量子比特”可量子纠错并降低成本

2025-03-06 10:01:41 119

中新网北京2月27日电 (记者 孙自法)国际知名学术期刊《自然》最新发表一篇量子计算研究论文，美国亚马逊云科技(AWS)研究团队演示了对硬件开销即成本需求更低的量子纠错，其使用所谓的“猫量子比特”(cat qubits)，“猫量子比特”的设计能抵抗可能会干扰量子系统输出的特定类型的噪音和错误，从而实现量子比特需要的元器件总数比其他设计更少。

该论文介绍，量子比特是经典计算机比特的量子版本。量子计算机很容易出错，这限制了它们在特定任务上超越经典计算机的潜力。量子纠错的方法通过将信息分散到多个量子比特，帮助减少出错，从而在不干扰计算的情况下发现并纠正错误。不过，大部分量子纠错方法通常依赖大量额外的量子比特来提供足够的防出错保护，这可能会在整体上降低效率。

在本项研究中，亚马逊云科技量子计算中心团队利用名为玻色子“猫量子比特”的一类量子比特进行量子纠错，探索了一种潜在更高效的方式。这些“猫量子比特”在硬件水平上对一类错误(称为比特翻转)有更高的固有抵抗力，其代价为更容易出现另一种错误(称为相位翻转)。这种错误偏差能让研究人员设计出只关注处理相位翻转错误的量子纠错代码，得到一个对额外量子比特需求更低、整体上更高效的设计。

研究团队用一组“猫量子比特”演示了一个超导量子环路装置，证明有5个“猫量子比特”的纠错代码在每个周期的错误率从1.75%抑制到1.65%。此前，用更大纠错代码实现错误抑制需要几十个额外量子比特。

研究团队在论文中总结称，这项研究结果表明，利用玻色子“猫量子比特”或是实现容错量子计算的一个有效方式。他们认为，这种方法具有高效扩展的潜力，但后续研究仍需进一步优化，以将性能提升到有望推动实际量子计算应用的层面。

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