新方案大幅减少物理量子比特数量需求

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

据最新一期《自然·物理学》杂志报道，澳大利亚悉尼大学研究团队提出一种新型量子纠错方案，可大幅减少构建大规模容错量子计算机所需的物理量子比特数量。

量子计算依托量子态的叠加和干涉效应。然而量子态极为脆弱，任何微小的环境干扰都可能使叠加态坍缩，丧失量子优势。量子纠错技术通过将信息编码在多个物理量子比特上，使错误在不干扰运算的情况下被检测和纠正，是实现大规模量子计算的核心环节。

在传统设计中，保护量子信息所需的额外量子比特和操作数量会随计算规模快速增加，从而使大规模量子计算难以实现。近期提出的“量子硬盘”设计概念，使存储信息成本仅与存储量成比例。

此次新研究则进一步解决了如何在保持效率的情况下，对量子信息进行逻辑处理的问题。

新方案的核心在于引入“规范理论”，能够让量子系统追踪全局活动，而无需让单个量子比特局部坍缩，从而保持量子信息的完整性。这一思路使量子计算在处理逻辑信息时更加稳定高效，同时降低了对物理量子比特的需求。

新设计中，逻辑处理器系统与高效量子存储相结合，通过数学结构排列信息，实现全局量子信息的高效监控与处理，从而降低误差并支持扩展。该方案既保持了下一代量子存储的效率优势，又增加了逻辑处理能力，为构建大规模容错量子计算机提供了灵活架构。

量子纠错技术并非保护单个比特，而是通过多个物理量子比特协同编码信息，实现错误检测与纠正，从而保持量子计算的优势。随着全球科研机构和企业加快量子计算硬件研发，不同的纠错策略正竞争成为主导框架。这项研究提供了降低物理量子比特需求的可行路径，有望推动量子计算向大规模、实用化迈进。