科技日報(bào)記者 張夢然

加拿大量子計(jì)算初創(chuàng)公司Nord Quantique宣布開發(fā)出一種基于多模式編碼的玻色子量子比特技術(shù)，為大幅減少量子糾錯(cuò)所需的物理量子比特?cái)?shù)量提供了可行路徑。這標(biāo)志著行業(yè)向?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模、低能耗量子計(jì)算邁出了堅(jiān)實(shí)一步。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

該技術(shù)采用了一種名為Tesseract代碼的高級玻色子編碼方案，能夠同時(shí)防護(hù)多種常見類型的錯(cuò)誤，包括位翻轉(zhuǎn)、相位翻轉(zhuǎn)和控制誤差。與傳統(tǒng)單模式編碼不同，這種新方法還能檢測到“泄漏錯(cuò)誤”，即量子信息逸出的編碼空間，從而顯著提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在演示中，團(tuán)隊(duì)過濾掉不完美的運(yùn)行過程，每輪丟棄約12.6%的數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，在32次糾錯(cuò)周期內(nèi)，量子信息未出現(xiàn)可測量的衰減，展現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性。此外，隨著更多模式的引入，Tesseract代碼還能在量子糾錯(cuò)能力上帶來進(jìn)一步提升，成為未來高效容錯(cuò)量子計(jì)算的重要基礎(chǔ)。

目前，量子糾錯(cuò)是整個(gè)行業(yè)面臨的核心挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)方法依賴大量物理量子比特來構(gòu)建冗余，導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大、能耗高、控制復(fù)雜。而多模式編碼技術(shù)通過在一個(gè)邏輯量子比特中使用多個(gè)諧振腔模式進(jìn)行編碼，每個(gè)模式代表不同頻率，在不增加量子比特?cái)?shù)量的前提下提供更強(qiáng)的保護(hù)。不僅如此，團(tuán)隊(duì)還可以通過調(diào)節(jié)每個(gè)模式中光子的數(shù)量來增強(qiáng)對量子信息的保護(hù)，進(jìn)一步優(yōu)化糾錯(cuò)性能。

從實(shí)際應(yīng)用看，一臺配備1000多個(gè)邏輯量子比特的量子計(jì)算機(jī)，其占地面積約20平方米，足以集成進(jìn)現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心。以破解RSA-830加密為例，在1MHz頻率下，該系統(tǒng)可在一小時(shí)內(nèi)完成任務(wù)，功耗約為120千瓦時(shí)。相比之下，傳統(tǒng)高性能計(jì)算系統(tǒng)需要9天時(shí)間，消耗高達(dá)28萬千瓦時(shí)。

團(tuán)隊(duì)指出，全新編碼方法是解決量子糾錯(cuò)難題的一種高效策略，預(yù)計(jì)到2029年，首臺具備100多個(gè)邏輯量子比特的實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)將正式問世。