一个逻辑量子位被嵌入到一个谐振子的状态空间中，使用网格代码，在这里用立方体的面表示。量子纠错保护这些网格状态免受噪声环境的破坏，以射线为标志。图片来源:Polina Shmatkova
研究人员通过使用量子纠错将量子信息的寿命延长到超过盈亏平衡点，为在现实世界的噪声中进行有效的量子信息处理开辟了道路，从而实现了量子计算的一个重要里程碑。
理解退相干和量子纠错
退相干是经典行为从自然量子定律中产生的一种基本现象。这种量子经典界面在利用这些定律进行信息处理方面存在重大障碍，特别是在量子计算领域。实际问题，如杂散辐射，会导致量子计算机的量子位改变其量子态，导致存储信息的丢失。
盈亏平衡点与量子误差校正
为了减轻退相干的影响，实现了量子误差校正(QEC)。尽管如此，由于纠错的速度比退相干的速度慢，以前使用QEC的实验尝试大多是不成功的。这导致量子系统失去信息的速度比QEC能够补偿的要快。术语“盈亏平衡”描述的是校正电路增加的复杂性正好抵消诱导退相干的接点。
延长寿命和新的可能性
在一项开创性的实验中，科学家们成功地将量子信息的寿命延长了两倍以上，超过了收支平衡点。这一重大发现表明，通过主动干预延长量子信息的生命周期不存在根本障碍。这一实验成果与科学家的理论期望一致，为在辐射、宇宙射线和其他来源的噪声存在下进行量子信息处理铺平了道路。
展望:纠错量子比特和现实世界的挑战
由于现实世界中的量子系统不可避免地受到噪声的影响，该研究平台的下一个挑战是实现两个纠错量子比特之间的高保真逻辑运算。
网格码在量子实验中的实现
该实验利用了位于超导腔内的电磁模式中的网格代码。这种模式的量子态是由一个辅助超导电路来控制的，这个电路被称为transmon。为了进行实验，科学家们将系统冷却在稀释冰箱内，温度比外层空间的宇宙背景温度低100倍。外部控制器协调量子纠错过程，只需要几百纳秒，强化学习代理优化过程以抵消实验设置和控制器的缺陷。
参考文献:“超越收支平衡的实时量子纠错”，作者:V. V. Sivak, A. Eickbusch, B. Royer, S. Singh, I. Tsioutsios, S. Ganjam, A. Miano, B. L. Brock, A. Z. Ding, L. Frunzio, S. M. Girvin, R. J. Schoelkopf和M. H. Devoret, 2023年3月22日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 05782 - 6
这项工作是在耶鲁大学进行的，部分资金来自量子优势协同设计中心(C2QA)，这是一个由布鲁克海文国家实验室领导的国家量子信息科学研究中心。
这项研究得到了美国陆军研究办公室、能源部科学办公室、国家量子信息科学研究中心、量子优势协同设计中心(C2QA)的支持。制造设备的使用得到了耶鲁大学纳米科学与量子工程研究所和耶鲁大学工程与应用科学学院洁净室的支持。
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希望本篇文章《量子纠错：打破收支平衡障碍》能对你有所帮助！
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