朱曉波

2021年3月，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、陳宇翱團隊，清華大學馬雄峰團隊，以及牛津大學等機構的科學家們用超導量子比特，對五量子比特糾錯碼進行了實驗探索，在超導量子系統上驗證了用超導量子比特實現量子糾錯碼的可行性。研究成果日前發表於《國家科學評論》上。要實現通用容錯的量子計算，關鍵在於量子糾錯。量子糾錯中，一個重要的里程碑是實現優於簡單的物理量子比特的邏輯量子比特的糾錯。在未來十年，實現通用量子糾錯碼仍然是最大的挑戰和難題。研究人員首先通過對超導量子比特進行專門的實驗優化，實現了一百多個量子門。用於實現五量子比特糾錯碼的設備是一個12比特超導量子處理器。在這12個量子比特中，研究人員選擇了5個相鄰的量子比特來進行實驗。這些量子比特是通過電容耦合到它們最近的比特。通過仔細的校正和對門參數的優化，實現單比特門的平均保真度為0.9993，兩比特門的平均保真度為0.986。僅通過使用單量子比特旋轉門和兩量子比特受控相位門，研究人員實現了對邏輯態進行編碼和解碼。在此基礎上，研究人員通過在理論上編譯和優化了編碼過程，最鄰近受控相位門的數量被減小到八個，最終實現了功能齊全的五比特糾錯碼的基本組成部分，其中包括將通用邏輯量子比特編碼為糾錯碼。隨後，研究人員對糾錯碼的關鍵特徵進行了驗證，包括識別任意單比特錯誤，邏輯態的邏輯門操作，和態解碼的能，從而實現所謂“完美編碼”。