科技日報記者 張佳欣
據最新一期《自然·物理學》雜志報道，澳大利亞悉尼大學研究團隊提出一種新型量子糾錯方案，可大幅減少構建大規模容錯量子計算機所需的物理量子比特數量。
量子計算依托量子態的疊加和干涉效應。然而量子態極為脆弱，任何微小的環境干擾都可能使疊加態坍縮，喪失量子優勢。量子糾錯技術通過將信息編碼在多個物理量子比特上，使錯誤在不干擾運算的情況下被檢測和糾正，是實現大規模量子計算的核心環節。
在傳統設計中，保護量子信息所需的額外量子比特和操作數量會隨計算規模快速增加，從而使大規模量子計算難以實現。近期提出的“量子硬盤”設計概念，使存儲信息成本僅與存儲量成比例。
此次新研究則進一步解決了如何在保持效率的情況下，對量子信息進行邏輯處理的問題。
新方案的核心在于引入“規范理論”，能夠讓量子系統追蹤全局活動，而無需讓單個量子比特局部坍縮，從而保持量子信息的完整性。這一思路使量子計算在處理邏輯信息時更加穩定高效，同時降低了對物理量子比特的需求。
新設計中，邏輯處理器系統與高效量子存儲相結合，通過數學結構排列信息，實現全局量子信息的高效監控與處理，從而降低誤差并支持擴展。該方案既保持了下一代量子存儲的效率優勢，又增加了邏輯處理能力，為構建大規模容錯量子計算機提供了靈活架構。
量子糾錯技術并非保護單個比特，而是通過多個物理量子比特協同編碼信息，實現錯誤檢測與糾正，從而保持量子計算的優勢。隨著全球科研機構和企業加快量子計算硬件研發，不同的糾錯策略正競爭成為主導框架。這項研究提供了降低物理量子比特需求的可行路徑，有望推動量子計算向大規模、實用化邁進。
