近日，穀歌量子AI團隊宣布了一項重大突破，他們(men) 在新研發的量子芯片上實現了“低於(yu) 表麵碼閾值的量子糾錯”(Quantum Error Correction Below the Surface Code Threshold)。這一裏程碑式的成就不僅(jin) 大幅降低了量子計算的錯誤率，還顯著延長了量子信息的存儲(chu) 壽命，為(wei) 未來實現具備實用價(jia) 值的量子計算機奠定了堅實基礎。

　　量子計算的核心挑戰之一在於(yu) 量子信息的脆弱性。由於(yu) 量子態的敏感性，任何微小的擾動都可能導致信息的丟(diu) 失或錯誤。為(wei) 了應對這一挑戰，量子糾錯理論應運而生。該理論通過將量子信息分散到多個(ge) 物理量子比特上，形成一種稱為(wei) “邏輯量子比特”的糾錯編碼，從(cong) 而在理論上提高了信息的抗噪能力。

　　然而，要使這種技術在實踐中發揮作用，就必須證明這種將信息分散到多個(ge) 量子比特上的方法可以有效降低錯誤率。穀歌團隊在*的研究中，通過表麵碼糾錯技術，成功實現了這一目標。

　　表麵碼是一種拓撲碼，具有良好的可擴展性和工程實現價(jia) 值，特別適合於(yu) 超導量子芯片。穀歌團隊在一片包含105個(ge) 量子比特的芯片中實現了碼距為(wei) 7(d=7)的表麵碼糾錯，同時在一片72量子比特芯片中實現了碼距為(wei) 5(d=5)的表麵碼糾錯及其實時解碼。

　　在兩(liang) 種情況下，編碼後的邏輯量子比特中的信息存儲(chu) 壽命均高於(yu) 所有參與(yu) 編碼的物理量子比特的壽命，即超過了糾錯的“盈虧(kui) 平衡點”。具體(ti) 來說，碼距為(wei) 7的邏輯量子比特壽命達到了291微秒，而所有參與(yu) 編碼的量子比特平均壽命為(wei) 85微秒，*119微秒。這意味著量子糾錯讓量子信息的存儲(chu) 壽命延長了2.4倍。

　　除了表麵碼糾錯技術的成功應用，穀歌團隊還首次在d=5的糾錯流程中實現了長時間的連續實時解碼。實時解碼對於(yu) 實用的容錯量子計算是必要的，因為(wei) 它允許係統在需要時立即糾正錯誤。然而，由於(yu) 超導量子體(ti) 係中門執行的速度非常快，解碼器必須在同樣短的時間內(nei) 完成解碼，這對解碼器的性能提出了極高的要求。

　　穀歌團隊開發的解碼器在一百萬(wan) 個(ge) 周期下，平均延時為(wei) 63微秒，沒有表現出延時隨周期數逐漸增長的情況。這一成就表明解碼器能夠跟上糾錯碼的執行節奏，為(wei) 實現實用的容錯量子計算提供了重要支持。

　　為(wei) 了探索係統的錯誤率背景極限，穀歌團隊還測試了碼距為(wei) 29的“重複碼”。測試結果表明，在碼距達到大約25之後，邏輯錯誤率就飽和了，約為(wei) 百億(yi) 分之一(10^-10)的水平。團隊發現這一背景錯誤率來源於(yu) 大約每小時發生一次的不明來源的關(guan) 聯錯誤。這一發現為(wei) 未來量子糾錯技術的研究提供了新的方向。

　　穀歌的這項突破不僅(jin) 展示了量子糾錯技術的巨大潛力，還為(wei) 未來量子計算機的發展奠定了堅實基礎。通過不斷改進糾錯技術和提高量子芯片的性能，穀歌團隊有望在未來實現更低的錯誤率和更高的計算精度。這將使得量子計算機能夠解決(jue) 目前無法解決(jue) 的複雜問題，並在科學發現、藥物研發、材料科學等領域發揮重要作用。

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