咱们在国际上初次使用离散变量编码的逻辑量子比特，延伸量子信息的存储时刻打破了盈亏平衡点。这项里程碑式的作用标志着咱们从含噪声的量子年代步入了纠错量子年代。”南边科技大学量子科学与工程研讨院助理研讨员徐源说。

　　什么是量子纠错呢？与经典核算机相同，量子核算机也会犯错。一旦量子核算机在运转进程中呈现过错，就必须及时地检测到导致过错的详细原因，并及时批改它。

　　经典数字电子核算机的过错率十分低，可经过将信息仿制多份重复丈量的办法来检测，并批改过错。而量子核算机不只具有远高于数字电子核算机的过错率、极易发生过错，而且因为量子不行克隆原理的约束，其无法经过简略备份的办法查看和批改过错。

　　这导致量子核算机的纠错进程反常困难。可是，无法纠错的量子核算机运转效果是不行信的，也无法真实处理任何有实践使用价值的问题。因而，量子纠错是真实完成通用量子核算的“必经之路”。

　　可是，在之前根据离散变量编码的逻辑量子比特的量子纠错演示试验中，从未完成延伸量子信息的存储寿数逾越盈亏平衡点。

　　南边科技大学博士生倪忠初为该论文榜首作者，南边科技大学量子科学与工程研讨院徐源助理研讨员为论文首要通讯作者，清华大学孙麓岩教授、福州大学郑仕标教授为论文的一起通讯作者，南边科技大学俞大鹏院士为文章的最终通讯作者。

　　实践上，早在 20 世纪末，已经有科学家提出了量子纠错的理论主意。可是，受限于其时的技能水平，底子无法对主意的可靠性进行验证。

　　近些年，跟着量子体系的相干寿数和控制才干的明显进步，人们逐渐意识到在试验上完成量子纠错计划的可行性。因而，量子纠错逐渐展开成为其时学术圈十分抢手的研讨范畴之一。

　　值得重视的是，量子纠错技能要想能够有实践使用，就必须要能够完成正的增益。也就是说，量子纠错对逻辑过错的按捺作用，要远大于纠错进程自身额定引进的过错。只要这样，才干够完成将量子信息的存储时刻延伸，打破这个体系在不纠错条件下的最好值，即逾越盈亏平衡点。

　　现在，有两类干流的量子纠错编码计划，分别是多比特编码和玻色编码。可是这些计划或是需求巨大的硬件资源开支，或是逻辑码字有缺点（非严厉正交），亦或是无法打破盈亏平衡点。因而，想要在试验上一起处理这些问题，依然充溢巨大的应战。

　　量子纠错的概念究竟靠谱不靠谱？人们究竟能不能使用量子纠错的办法发生正的增益？假如一向无法打破，人们自然会置疑量子纠错办法是否真的有用，从而也会质疑量子核算机是否能够完成。

　　该研讨针对玻色形式中的二项式编码完成了严厉正交的逻辑码字，提出并完成了原创的过错勘探技能，和一系列量子纠错优化手法，为“量子纠错办法是否真的有用”供给了必定答案。他们的试验效果明确指出，量子纠错能够延伸量子信息存储时刻逾越盈亏平衡点，这为完成量子核算机奠定了十分重要的一步。

　　“咱们站在前人的膀子上，整合和改善了多个量子纠错的要害技能，使咱们比他人更往前进了一步，完成了延伸量子信息的存储时刻打破盈亏平衡点 16%，充分地展现了量子纠错优势。”倪忠初说。

　　徐源在清华大学读博期间展开了根据超导量子线路体系的量子核算研讨，参加了量子纠错的相关研讨[2]，并完成了过错通明的逻辑相位门操作[3]，为该项研讨奠定了杰出的研讨根底。

　　但之前展开的量子纠错的相关研讨，一向“卡”在无法逾越盈亏平衡点。因而，他下决心一定要搞清楚可完成逾越盈亏平衡点的途径。并提出一个长时刻的考虑问题，怎么改善和优化量子纠错技能，来极大地进步量子纠错的作用？

　　带着前期的技能堆集和考虑，2019 年，彼时刚刚博士结业的徐源参加南科大作业并敞开了这项研讨。“我其时刚来到深圳，全部从零开端，自己亲自带学生建立试验渠道、调试仪器、收集数据等。从一无所有到试验渠道开端建立、测控体系调试走上正轨、量子纠错计划规划并不断优化，共花了一到两年的时刻。”他回想道。

　　据悉，该团队最早优化逻辑比特的过错勘探手法上花费了许多时刻，其间包含前期的仿真验证以及后续的试验波形优化。而他们的处理办法是多测验，多评论，不断试错。

　　在试验的最终阶段，在优化量子纠错进程时，课题组成员遇到了试验效果一向提不上去的困扰。“咱们不断地像挤海绵相同，一点点地减小各个方面的差错，把试验效果往上提。研讨进程中，比较意外的是，咱们原创的过错勘探办法能运用于更多的场景，远超咱们最开端的料想。在此根底上，咱们能够展开进一步的纠错试验研讨。”倪忠初说。

　　接下来，该课题组将更进一步探究进步量子纠错作用，进一步延伸量子信息存储时刻，以及使用量子纠错优势开发新的逻辑量子控制技能。

　　谈及范畴内下一个或许的“里程碑”展开，徐源表明：“下一个里程碑或许是使用量子纠错技能，完成高精度的逻辑量子比特控制，其控制过错率远低于物理比特的控制过错率。我以为，这一里程碑将处理完成通用容错量子核算机的下一个要害科学难题。”

　　与以往投稿进程的重复修正不同，该论文的投稿进程“出奇顺畅”，在投稿后 4 天就直接被修改送审。只阅历一轮审稿，就被修改“原则上赞同接纳宣布”。当然，这并不是偶尔和命运，在看到他们获得阶段性的作用后的“瓜熟蒂落”。

　　在“顺畅”的背面，该课题组在科研的道路上勤耕不辍值得更多重视。此前，该课题组在超导量子线路体系的量子控制等范畴堆集了许多重要的技能根底。比方 2020 年，徐源与合作者在超导量子线路体系中初次提出了可调耦合器与固定频率比特的耦合架构[4]，并在该体系中完成了高保真度高扩展性的两比特量子门控制，控制保真度达到了国际先进水平。

　　2022 年，徐源、倪忠初与合作者提出并完成了一种全新的量子控制办法，可彻底消除超导比特间的剩余纵场串扰相互作用，并极大地降低了量子线]。该办法在可扩展性上具有明显优势，为未来的大规模量子芯片规划和量子信息处理奠定重要根底。

　　徐源和倪忠初在与量子纠错研讨方向的挑选上有不同的机缘。徐源在西安交通大学读本科时，看到了我国科学技能大学郭光灿院士关于量子信息技能的视频陈述。所以，便对“奇特的量子国际”深深入神，立志要从事这一方向的科学研讨。之后他被保研到清华大学直博，参加了孙麓岩教授课题组。

　　他说：“我跟着孙教师一步一个脚印，学到了许多要害的试验技能，渐渐走进了这一研讨范畴，并发生了深沉的科研爱好。我以为，其时该范畴亟待处理的要害科学难题是怎么使用量子科技真实完成有实践价值的使用。只要真实完成了这一点，才干够为整个量子信息技能范畴展开带来更强的决心和动力。”

　　而倪忠初因一次“重要交流”与该范畴结缘，在偶尔一次与徐源交流后，对三维谐振腔和量子纠错的相关研讨发生浓厚爱好。接下来，他还想研讨怎么更进一步进步玻色编码逻辑量子比特的相干寿数，并测验将可纠错的玻色形式使用在不同场景下。

　　完成实用化可扩展的通用量子核算机是该范畴的长远方针，但现在间隔这一方针还有适当长的一段路要走。倪忠初表明：“在超导量子核算范畴内，还需求在加工工艺上进行更多的优化来进一步进步量子体系的相干时刻，一起还需求过错率更低的控制技能产出打破性的展开。”

　　该研讨作用带领人们从物理比特层面进入逻辑量子比特层面，从含噪声量子年代步入了纠错量子年代。在未来的 20 年乃至更长时刻，人们将沿着这条道路持续往前探究不知道的量子国际。“未来，在纠错量子年代，只要处理了怎么对可纠错的逻辑量子比特完成高精度的量子控制和扩展，以及在逻辑量子比特上运转具有实践使用价值的量子算法，才干够真实展现量子核算机的强壮才干。”徐源说。