一个物理学家团队为量子计算机引入了一种创新的纠错方法，使其能够实时切换纠错码，从而更有效地执行复杂计算，并将错误降到最低。

量子计算中的纠错

计算机可能会出错，但在经典系统中，通常可以使用各种技术手段检测并纠正这些错误。然而，量子计算机却面临着一个独特的挑战，即量子态无法被复制。这一局限性意味着，不能像经典计算那样通过比较多个保存的副本来识别错误。

为了克服这一点，量子物理学家从经典纠错技术中汲取灵感，开发了一种不同的方法。在量子系统中，信息分布在多个纠缠的量子比特（qubits）上，产生冗余以有助于检测和纠正错误。这一过程由称为量子纠错码（quantum error correction codes）的特定框架进行指导。

2022年，由因斯布鲁克大学（University of Innsbruck）的托马斯·蒙茨（Thomas Monz）和阿亨工业大学（RWTH Aachen）以及于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich）彼得·格伦贝格研究所（Peter Grünberg Institute）的马库斯·米勒（Markus Müller）领导的研究团队成功地在容错量子位上实现了一套通用操作。他们的成果证明了如何设计量子算法以在计算过程中有效纠正错误。

尽管取得了这一进展，但在实施量子纠错方面仍然不乏挑战。量子计算中的一个基本定理表明，没有单一的纠错编码能够以既受保护又高效的方式执行完全可编程计算所需的所有门运算。

量子编码的创新

为了规避这一难题，Markus Müller的研究小组创建了一种方法，使量子计算机能够以容错的方式在两个纠错码之间来回切换。

“这样，每当第一组代码中出现难以实现的逻辑门时，量子计算机就可以切换到第二组代码。这使得实现计算所需的所有逻辑门变得更加容易，”马库斯·米勒研究小组中的博士生弗里德里克·布特解释道。

她研发了实验所基于的量子电路，并与托马斯·蒙兹（Thomas Monz）在因斯布鲁克的研究小组紧密合作将其实现。

“我们首次利用两种结合的量子纠错码在离子阱量子计算机上实现了一套通用的量子门，”来自因斯布鲁克研究小组的博士生伊万·波戈列洛夫说道。

“这一成果基于我们与马库斯·米勒 (Markus Müller) 团队多年来的良好合作，”托马斯·蒙茨 (Thomas Monz) 说道。他与这位理论物理学家相识于因斯布鲁克大学攻读博士期间。

本研究的发现已发表在《自然·物理》期刊上。

参考文献：《实验容错代码转换》，作者：伊凡·波戈列洛夫、弗里德里克·布特、卢卡斯·波斯特勒、克里斯蒂安·D·马尔奇尼亚克、菲利普·辛德勒、马库斯·米勒、托马斯·蒙茨，发表于2025年1月24日，《自然·物理》期刊。数字对象唯一标识符：10.1038/s41567-024-02727-2

该研究得到了奥地利科学基金（FWF）、奥地利研究促进机构（FFG）、德国DFG、巴伐利亚州政府、欧盟和蒂罗尔奥地利工业协会的资金支持。