IT 之家 2 月 11 日消息，量子計算機具有在某些問題上遠超經典計算機的運算能力，但量子比特卻會因幹擾噪音的影響而失去量子特性。因此，實用的可容錯量子計算機最終要求對量子糾錯碼（即邏輯量子比特）實現編解碼和糾錯，并在糾錯保護下進行量子邏輯門操控，實現對量子信息的保護。量子糾錯被公認爲是實現可容錯通用量子計算的核心問題。
初創公司 QuEra 宣布其開發的世界首台具有 " 邏輯量子位 " 的商用容錯量子計算機将在 2024 年底推出，并擁有 256 個物理量子位和 10 個邏輯量子位。
IT 之家注：邏輯量子位是由物理量子位（量子比特）通過量子糾纏連接而成，它通過将相同的數據存儲在不同的地方來減少量子計算機中的錯誤，從而使計算過程中的故障點變得多樣化。
值得一提的是，QuEra、哈佛大學和其他幾所研究機構在 2023 年 12 月 6 日向《自然》雜志發表了一項新研究，其中就展示了一台運行良好的量子計算機，它包含 48 個邏輯量子位，這是迄今爲止經過測試的最大數量的邏輯量子位。
論文作者、QuEra 和哈佛大學物理學家 Harry Zhou 在一封電子郵件中告訴 Live Science 說：" 這是第一台具有量子糾錯功能的機器。"
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雖然這台測試用的量子計算機本身沒有足夠的性能，但它爲軟件開發者提供了一個平台，可以用來測試未來量子計算機的代碼。
衆所周知，傳統計算機使用二進制位存儲信息（其值要麽爲 0，要麽爲 1），而量子計算機使用的量子位處于疊加狀态（可以同時處于 0 和 1 之間的狀态），而且量子位還可以通過量子糾纏組合在一起，同時存在于多個狀态。這就使它們能夠比傳統計算機更快地執行更多的計算量，前提是包含足夠數量的量子比特。
但要想提高數量也不是那麽簡單的事，量子位很容易受到幹擾，大約每 1000 個量子位中就會有 1 個出現錯誤，而傳統計算機一般 10 億億個比特中才會出現 1 個錯誤。
如果哪一台量子計算機能擁有數百萬個量子位，那它将直接超越當今最強的超級計算機，但目前爲止最大的量子計算機也隻有大約 1000 個量子位，這種高故障率嚴重限制了人類對量子計算機的的研究速度。
實際上，在計算和通訊中出現錯誤是很自然的事。上世紀五十年代的早期經典計算機都是用電子管或繼電器構建的比特，會毫無預兆地發生反轉。爲此，數學家馮・諾伊曼提出利用冗餘比特來糾錯的容錯技術。冗餘糾錯很容易理解，比如說你電話中告訴别人你的名字，說一次不夠就說 3 次 " 我是張三、張三、張三…… "，次數越多，傳錯聽錯的概率就越小，冗餘糾錯的方法便類似于此。
目前來看，提高系統的可靠性一般有兩種辦法：一是對硬件缜密設計和質量控制，盡量減少出錯的概率；二是以冗餘爲代價來換取可靠性，算是軟件方面的努力。硬件的控制是有限的，必須利用軟件編碼來 " 容許 " 錯誤。
糾錯可以抵消量子位易于出錯的趨勢，而構建邏輯量子位就是一種很巧妙的方法。據介紹，QuEra 極大地降低了量子位的錯誤率，其第一台使用該技術的商用機器就實現了 256 個物理量子位和 10 個邏輯量子位。
Harry Zhou 介紹稱，新的糾錯系統便是依賴于數據冗餘，即同一份數據存儲在多個位置。具體來說，相同的數據會存儲在多個位置，而邏輯量子位可以在多個物理量子位上執行相同的計算，即使一個或多個物理量子位出現故障也可以保證計算繼續進行，從而大大降低錯誤率。
研究人員通過将糾錯代碼應用于普通量子位來創建邏輯量子位。然後，他們在量子位之間建立邏輯門或電路，使其糾纏在一起。随後，量子計算機計算 " 綜合征 "，也就是衡量可能發生錯誤的程度。利用該信息，量子計算機可以糾正錯誤并進行下一步操作。
數據方面，谷歌量子人工智能實驗室 2023 年曾使用三個邏輯量子位實現了 2.9% 的錯誤率，而 Quera 公司的錯誤率僅爲 0.5%（使用 48 個邏輯量子位）。不過目前世界領先的是牛津大學，他們以雙量子位實現了小于 0.01% 的錯誤率，實用意義不大。
值得一提的是，IBM 去年也展示了其 127 個量子位的 Heron 芯片的糾錯技術，與其他芯片相比可使得錯誤率降低 80%，但其首台商用機器預計要到 2029 年才會問世。
QuEra 公司計劃在 2025 年推出擁有 30 個邏輯量子位和 3000 個物理量子位的機器，計劃在 2026 年推出一台擁有 10,000+ 個物理量子位和 100 個邏輯量子位的 " 性能猛獸 "。
Harry Zhou 還透露：" 擁有 100 個邏輯量子位的機器（2026 年）可以以超過當今（所有）超級計算機的能力進行正确的計算。"
