《科創(chuàng)板日報》9月11日訊（編輯 宋子喬） 當?shù)貢r間9月10日，微軟和量子計算龍頭公司Quantinuum宣布取得一項重大突破，他們成功糾纏了有史以來最多的12個邏輯量子比特，并創(chuàng)造了有史以來最高的計算保真度，大秀了一把量子糾錯技術。

邏輯量子比特、量子糾錯、計算保真度，都是量子計算領域的重要概念，可以說，量子糾錯是開啟量子計算大規(guī)模商業(yè)化的關鍵鑰匙。

量子計算是一種利用量子力學原理進行信息處理的技術。與傳統(tǒng)的經(jīng)典計算相比，量子計算的主要優(yōu)勢在于：

（1）強大的計算能力：相比傳統(tǒng)計算機只能處理“0”和“1”兩種狀態(tài)，量子比特（qubit）可以同時處于“0”和“1”的疊加態(tài)，這讓它在理論上可以以極快的速度完成大規(guī)模計算任務。隨著量子比特數(shù)量的增加，量子計算機的計算能力呈指數(shù)級增長。這意味著量子計算機在處理某些特定類型的問題時，比如搜索和優(yōu)化問題，比傳統(tǒng)計算機快得多；

（2）應用空間更廣闊：量子計算機天然適合模擬其他量子系統(tǒng)，這對于化學、材料科學和物理學等領域的研究具有重要意義。它可以模擬分子和化學反應，預測新材料的性質，這對于傳統(tǒng)計算機來說是非常困難的。另外，量子計算機在理論上可以加速機器學習算法的訓練過程，這對于處理大數(shù)據(jù)和復雜模型非常有用，能推動機器學習和人工智能的發(fā)展；

（3）加密和安全：量子計算機在理論上能夠破解許多現(xiàn)有的加密算法，但同時也可以開發(fā)出新的量子加密技術，提供更高級的通信安全。

量子計算有巨大的潛力，然而，其目前還處于發(fā)展的早期階段，存在許多技術和物理挑戰(zhàn)，一個重要阻礙便在于，單個物理量子比特非常脆弱，容易受到外界環(huán)境的干擾，且量子門操作的保真度需要非常高，任何不完美都可能導致計算錯誤，量子糾錯技術至關重要。

邏輯量子比特：“1+1>2”的量子糾錯技術

科學家通過引入邏輯量子比特的方式提高量子信息的穩(wěn)定性和錯誤容忍能力，以克服物理量子比特的上述缺陷。

邏輯量子比特通常由多個物理量子比特通過特定的量子糾錯碼來編碼。這些物理量子比特的集合可以保護邏輯量子比特免受局部錯誤的影響。如果其中一個物理量子比特發(fā)生錯誤，可以通過量子糾錯過程來檢測并修正錯誤，而不會影響到邏輯量子比特的整體狀態(tài)。

簡單來說就是，邏輯量子是多個物理量子比特組成的一組量子比特，其中的物理量子比特可以相互糾正錯誤，確保整個邏輯量子比特的穩(wěn)定性，起到“1+1>2”的維穩(wěn)糾偏效果。這樣，即使其中一個物理量子比特出錯，另外的物理量子仍然可以提供足夠的信息保證計算結果的準確。

微軟和Quantinuum的突破就在于他們刷新了邏輯量子比特的數(shù)量，建立了更牢靠的量子計算“隊伍”，其量子糾錯技術使得邏輯量子比特的錯誤率比單獨的物理量子比特低了800倍。這一成就是量子計算邁向可靠、實用計算的關鍵一步。

微軟是怎么做到的？

新突破離不開兩個關鍵要素：作為硬件的H2離子阱量子計算機，以及作為軟件的Azure Quantum量子比特虛擬化平臺。

H2離子阱量子計算機是由Quantinuum公司推出的一種高性能量子計算系統(tǒng)。該量子計算機使用微軟的Tesseract代碼（一種用于量子計算的故障容錯機制），它通過使用一種特殊的量子糾錯碼來保護量子信息（Tesseract代碼本質上是一種四維超立方體結構，它通過將16個物理量子比特排列成一個四維空間中的超立方體，從而保護邏輯量子）。該代碼通過犧牲部分效率，極大地提高了糾錯性能，能夠有效地檢測和糾正量子比特中的錯誤，

Azure Quantum量子比特虛擬化平臺是微軟提供的量子云計算服務，旨在利用軟件層面來增強硬件的穩(wěn)定性和精度，可以動態(tài)管理多個物理量子比特之間的協(xié)作，確保邏輯量子比特保持穩(wěn)定，從而可以有效協(xié)調物理量子比特的操作，減少錯誤發(fā)生的幾率。

量子計算、AI、HPC首次協(xié)同解決科學問題

值得注意的是，微軟和Quantinuum的此次突破并非局限于理論，而是兼顧應用端，向人們展示了量子計算解決實際問題的能力。

研究人員將高可靠性邏輯量子比特、云計算和AI技術結合，進行了復雜的化學模擬，成功預測了一個化學催化劑的基態(tài)能量。這種模擬對于傳統(tǒng)計算機來說幾乎是不可能實現(xiàn)的，因為它需要處理極為復雜的計算任務。

據(jù)微軟介紹，這是首次將HPC、AI和量子計算硬件結合，來解決科學問題。

可以預見的是，量子計算將極大地縮短科學發(fā)現(xiàn)和新產(chǎn)品甚至新物種誕生所用的時間。

目前，微軟正積極推動量子計算商業(yè)化，通過Azure Quantum平臺向外提供量子計算服務，用戶可通過該平臺獲取Quantinuum、IonQ、PASQAL、Rigetti等量子計算公司的解決方案。

國內量子計算產(chǎn)業(yè)有望持續(xù)拓展

IBM、微軟、谷歌等海外科技巨頭均深耕于量子計算，先后發(fā)布路線圖，與此同時，國內量子計算產(chǎn)業(yè)近年來不斷取得突破。

稀釋制冷機在超導量子計算機的運行中扮演著舉足輕重的角色，SL400國產(chǎn)稀釋制冷機是我國科技創(chuàng)新企業(yè)首次在量子計算的極低溫制冷技術上取得的重大突破，其性能指標已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品的先進水平；

4月25日，中國科學院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院向國盾量子交付了一款504比特超導量子計算芯片“驍鴻”，此款芯片是國內首顆超500比特的超導量子計算芯片，刷新了國內超導量子比特數(shù)量的紀錄，性能可比肩國際主流芯片,可以高效承載各領域用戶對有實用價值的問題和算法開展研究；

本源量子研發(fā)團隊的第三代自主超導量子計算機“本源悟空”在今年1月6日正式上線運行，向全球用戶開放，接收全球量子計算任務。該量子計算機搭載72位自主超導量子芯片“悟空芯”，是目前中國最先進的可編程、可交付超導量子計算機；

在生物醫(yī)藥領域，我國量子計算技術也迎來了重要突破。近期，蚌埠醫(yī)科大學與本源量子計算科技（合肥）股份有限公司達成戰(zhàn)略合作，雙方將聯(lián)合研發(fā)國內首個量子分子對接應用，依托我國第三代自主超導量子計算機，以量子算力加速小分子藥物研發(fā)流程并提高藥物設計效率。

另外，我國量子計算相關政策頻發(fā)，今年3月，量子計算首次被列入政府工作報告之中。隨后在7月5日，工信部部長金壯龍進一步表示適度超前布局未來產(chǎn)業(yè)，聚焦人形機器人、腦機接口、元宇宙、下一代互聯(lián)網(wǎng)、6G、量子科技、原子級制造、深?？仗扉_發(fā)等領域。

未來隨著政策端、產(chǎn)業(yè)端持續(xù)演進，國內量子計算產(chǎn)業(yè)有望持續(xù)拓展。