我科學家率先實現拓撲量子糾錯

中國科學技術大學微尺度物質科學國家實驗室潘建偉及其同事陳宇翱、劉乃樂等，與澳大利亞、加拿大科學家合作，在世界上首次成功實現了拓撲量子糾錯，為將來實現真正的量子計算打下了堅實的基礎。量子計算機由于其超越經典計算機極限的強大并行運算能力，成為科學家們夢寐以求的目標。量子計算機不可避免地與環境耦合而產生的各種噪聲使計算過程產生各種錯誤，這個問題長期困擾著學術界。國際上以往提出的眾多量子糾錯方案中，一般采用對每一步邏輯操作都進行量子糾錯的方法，要求每一步的錯誤發生率都不得高于10～5量級，而這么低的容錯率是目前任何實驗手段都無法實現的。

近年來，學術界提出了拓撲量子糾錯這一全新概念，把量子態的拓撲性質應用于量子糾錯過程中，從而將量子糾錯中可容忍的最高邏輯操作錯誤發生率提高了3個數量級，達到10～2量級。這是目前已知擁有最高容錯率的量子計算方案，從而使得可擴展容錯性量子計算在現實條件下成為可能。據悉，潘建偉團隊經過3年研究發展了一套全新的實驗技術，將雙光子糾纏的亮度提高了4～5倍，八光子簇態的總效率至少提高了200倍，僅用80天時間就完成了以前幾乎不可能實現的實驗。同時，研究人員設計了一種特殊的濾除噪聲的八光子干涉儀，成功制造出并觀測到了具有拓撲性質的八光子簇態，并將此簇態作為量子計算的核心資源，實現了拓撲量子糾錯。實驗結果顯示,在拓撲量子計算的過程中可以完全糾正出現在任意量子比特上的單比特錯誤，而且，當每個量子比特都以相同的概率發生錯誤時，受保護的量子關聯的有效錯誤率會大大降低。