EFBQC 示意图。在聚变网络中，参与聚变的光子以 QEC 代码编码，编码聚变协议在编码量子比特之间以串联方式主动执行。来源：物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.050605

解决错误问题对于超越数字计算机性能的量子计算技术的实际应用至关重要。量子比特是量子计算的最小单位，输入到量子比特中的信息很快就会丢失并且容易出错。

无论我们如何减少错误并提高量子比特控制的准确性，随着系统大小和计算规模的增加，错误会累积，算法变得无法执行。

量子纠错是解决此问题的一种方法。随着量子技术全球霸权争夺战的加剧，大多数引领量子计算发展的大公司和研究小组现在都专注于开发量子纠错技术。

韩国科学技术研究院 （KIST） 量子技术研究中心的 Seung-Woo Lee 博士和他的团队开发了一种世界一流的量子纠错技术，并基于该技术设计了一种容错量子计算架构。该论文发表在《物理评论快报》杂志上。

他们已经证明，这项技术可以胜过通用量子计算机开发领域的全球领导者 PsiQuantum 最近开发的量子纠错技术。

具有量子纠错功能的通用量子计算的性能通过其容错阈值进行评估。此阈值表示量子计算中的误差可以纠正的程度，误差校正技术和架构设计越好，该值就越高。

光子损失容差阈值 / 与 PsiQuantum 方法基于聚变的量子计算 （FBQC） 的结果相比，光子损失容差阈值与消耗的光子数量的图表。本研究开发的基于编码融合的量子计算 （EFBQC） 实现了高达 14% 的阈值，大大超过了 PsiQuantum 的最大阈值 2.7%，并在消耗相同数量的资源（光子）的情况下实现了明显更高的阈值。来源：物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.050605

美国量子计算机开发商 PsiQuantum 提出了一种利用光子纠缠资源、聚变技术和纠错技术的量子计算架构，并正在基于它开发通用量子计算硬件。据报道，PsiQuantum 方法的光子损失阈值为 2.7%。

KIST 研究团队开发的新纠错技术和量子计算架构优于此。KIST 的技术可以实现高达 14% 的光子损失阈值，这是目前世界上最高的阈值。此外，KIST 的纠错技术比其量子校正技术更节省资源，即使光子消耗相同。

这项研究在韩国尚属首次，具有重要意义的是，韩国在量子计算领域落后，已经开发出世界一流的核心技术。特别是，量子误差校正技术是量子计算机发展中必不可少的元素，不仅利用基于光子的量子比特，还利用超导量子比特、离子阱和中性原子，这些在全球研发中极具竞争力。

这一成就有望通过应用这一成果在构建独立的量子计算系统方面发挥重要作用，该成果已经完成了国内和国际专利申请。

“就像半导体芯片设计技术一样，设计容错架构对于量子计算也很重要，”KIST 的 Seung-Woo Lee 博士说。“即使有 1,000 个物理量子比特，除非有一个执行量子纠错的结构，否则也很难计算单个逻辑量子任务。

“量子计算的实用化还有很长的路要走，但我们相信我们的研究有助于将这一时代提前，”Lee 博士说。

更多信息：Wooyeong Song 等人，基于编码融合的线性光学高阈值量子计算，物理评论快报（2024 年）。DOI：10.1103/PhysRevLett.133.050605。在 arXiv 上：DOI： 10.48550/arxiv.2408.01041

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv