IBM研究团队本周在《自然》杂志发表论文，宣布实现了量子纠错领域的里程碑突破：团队成功构建出一个逻辑量子比特，其整体错误率低于构成它的单个物理量子比特的错误率。这是人类首次在实验中证明纠错技术确实能够降低量子计算的整体错误率，为未来大规模可容错量子计算奠定了关键基础。这项研究经过四年多的持续迭代终于取得突破，论文被《自然》杂志审稿团队评为"重大突破"级别。
这次实验使用了IBM最新的Heron处理器，它具有一百三十三个物理量子比特，通过表面码纠错技术，用一百多个物理量子比特编码了一个逻辑量子比特。测量结果显示，逻辑量子比特的错误率大约是单个物理量子比特错误率的80%，首次实现了错误率低于物理比特的目标。IBM量子计算部门负责人表示，这是量子计算从"噪声中等规模量子"走向"容错量子计算"的第一步，证明了表面码纠错路线的可行性，为后续更大规模的逻辑量子比特扩展铺平了道路。团队下一步计划在明年将逻辑量子比特数量扩展到十个。
过去二十多年，量子纠错一直停留在理论阶段，虽然学术界提出了多种纠错方案，包括表面码、拓扑码、色码等，但实验上一直未能实现逻辑比特错误率低于物理比特。这次突破意味着纠错理论的正确性得到了实验验证，接下来研发团队可以沿着这条路继续放大，逐步增加逻辑量子比特数量，构建更大规模的可容错量子计算机。Google量子团队也在对他们的Sycamore处理器进行类似实验，采用不同的纠错编码方案，预计会在明年公布初步结果。
不过，距离实用化容错量子计算还有很长的路要走。实现一个有用的量子算法大约需要一千个逻辑量子比特，而每个逻辑量子比特需要大约一千个物理量子比特，也就是总共一百万个物理量子比特，现在IBM的Heron处理器只有一百三十三个物理量子比特。IBM发布的技术路线图显示，预计会在2030年之前实现超过十万个物理量子比特的处理器，2035年之前推出第一款可容错量子计算机原型，具备一百个逻辑量子比特。这期间还需要解决量子比特相干时间、控制电子学、低温系统集成等一系列工程挑战。
学术界对这次突破给予了高度评价。麻省理工量子计算中心主任表示，这次成果是量子计算发展历史上的转折点，证明了技术路线的正确性，会极大加速整个领域的投资和研发进展，预计未来十年会看到更多快速突破。目前全球科技巨头在量子计算领域的年度投资已经超过一百亿美元，投资主要集中在纠错技术和硬件研发。IBM表示会继续开放本次实验的所有数据和代码，供全球研究团队重复验证和进一步优化。