研究人员开发了一种开创性的混合量子纠错技术，该技术结合了离散和连续变量方法。

这一新方法提高了量子计算的容错性和效率，光子损耗阈值提高至多四倍，资源效率提高13倍。该技术适用于光学、超导体和离子阱等各种系统，标志着量子计算架构的重大进展。

量子纠错

实现实用型量子计算机的一大重要挑战在于“量子纠错”技术的开发。这一技术可以纠正量子计算的基本组成单元——量子比特中的错误，防止错误在计算过程中恶化。如果不进行这种纠正，量子计算机的性能将无法超越传统计算机，因此，世界各地都在不断推进这项技术。

量子计算中的混合技术先驱

在韩国科学技术研究院（KIST），量子技术研究中心的李承禹（Seung-Woo Lee）博士及其团队开创了世界上首个混合量子纠错技术。这种新方法既适用于离散变量（DV），也适用于连续变量（CV），为容错量子计算架构奠定了基础。

量子纠错是通过逻辑量子位来实现的，逻辑量子位有两种形式：离散变量（DV）和连续变量（CV）。IBM、谷歌、Quera和PsiQuantum等主要科技公司正在研究离散变量方法，而包括亚马逊（AWS）和Xanadu在内的其他公司则倾向于使用连续变量。每种方法都各有优缺点，特别是在复杂性和资源使用效率方面。

容错量子架构的进展

韩国科学技术研究院（KIST）的研究人员提出了一种方法，将之前分别开发的DV和CV量子比特的错误校正整合在一起。他们基于混合技术开发了一种容错架构，并通过数值模拟证明，该架构结合了这两种方法的优势，使得量子计算和错误校正更高效。特别是在光量子计算中，采用混合方法可以实现比现有技术高出四倍的光子损耗阈值，同时保持相同的逻辑错误率水平，将资源效率提高13倍以上。

对未来量子计算技术的影响

“本研究开发的混合量子纠错技术不仅可以与光学系统相结合，还可以与超导体和离子阱系统相结合，”韩国科学技术研究院的李在赫博士说道。“这项研究为量子计算机的开发指明了新的方向，”韩国科学技术研究院的李承吾博士表示，他主导了这项研究。“混合技术融合了不同平台的优势，有望在开发和大规模量子计算机的商业化中发挥关键作用。”

战略合作促进量子研究

去年3月，韩国科学技术研究院（KIST）与芝加哥大学签署了谅解备忘录（MOU），决定就量子技术研究开展合作，参与机构包括这两所大学以及首尔国立大学。研究人员宣布，通过为期一年多的国际研究合作，取得了这一重要成果，这表明在竞争激烈的量子计算领域，有望开发出领先世界的核心技术。韩国科学技术研究院正在主办一个国际协作研究中心，旨在开发量子纠错核心技术，合作机构包括芝加哥大学、首尔国立大学和加拿大量子计算公司Xanadu。

参考文献：Jaehak Lee、Nuri Kang、Seok-Hyung Lee、Hyunseok Jeong、Liang Jiang和Seung-Woo Lee于2024年8月2日在《PRX Quantum》上发表的“利用玻色猫码和单光子混合量子位实现的容错量子计算”。DOI：10.1103/PRXQuantum.5.030322

本研究得到了韩国科学技术信息通信部（部长：禹相林）下辖的韩国科学技术研究院（KIST）重大项目与量子技术合作项目（2022M3K4A1094774）的支持。研究成果已于8月2日发表在国际期刊《PRX Quantum》上（影响因子：9.2，期刊引用报告JCR排名前1.9%）。