量子信息的过去、现在和未来(10)

研究离子阱方案的人可以无可非议地申辩他们不太关心量子存储时间，因为他们的原子量子比特已经具有非常长的寿命。这是事实。但对于目前所有预见的平台来说，实现更高保真度的纠缠双量子比特逻辑门至关重要——只有这样，我们才能运行强大的量子算法。在短期内，我们可能希望见证的是受量子纠错保护的逻辑双量子比特门（其保真度要比我们最好的物理双量子比特门高得多），以及随着代码块大小的增加，逻辑门保真度继续大幅提高的可靠证据。这一点尚未实现。
现在的情况如何？最近在量子纠错方面取得了令人兴奋的进展。我将重点介绍两个贡献，一个来自谷歌，另一个来自霍尼韦尔（Honeywell，现在称为Quantinuum）。（注：这里的讨论反映了在2022年5月索尔维会议时已经发表的进展。）
谷歌研究了量子重复码（quantum repetition code），在Sycamore处理器中使用了多达21个量子比特，其中11个量子比特位于代码块中，10个辅助量子比特用作错误校正子读取[121]。重要的是，这不是一个足够合格的量子纠错码，它可以防止退相位错误（dephasing error），但不能防止比特翻转错误。尽管如此，这仍是一次令人印象深刻的演示。他们进行了多达50轮的连续的校正子测量，每轮大约需要1微秒，其中大部分时间用于重置辅助量子比特，为下一轮校正子测量做准备。他们观察到，每次编码距离增加4，例如，当编码长度从3增加到7，从7增加到11时，由于相位偏移导致的逻辑错误率降低了大约10倍。考虑到他们设备中的噪音，这是符合预期的。
Quantinuum演示了一个7量子比特码的纠错，该代码可以纠正作用于7个量子比特中的任何一个的任意错误[122]。他们进行了多达6轮的连续纠错，每轮纠错需要200毫秒。请注意，超导和离子阱器件的循环用时相差很大。随着量子计算的发展，运行算法的实际时间成为越来越重要的考虑因素，这种差异可能会越来越大。在Quantinuum使用的结构中，离子被输送到可以并行执行相当高保真度操作的处理区域，并在移动过后使用另一种离子来交互地冷却运动状态。这种冷却使他们能够进行反复的校正测量，但也占据了其电路的大部分时间预算。
不幸的是，谷歌和霍尼韦尔的机器及其他现有设备[123,124]中的门错误率仍然太高，无法通过量子纠错来提高双量子比特逻辑门的保真度。