量子纠错：让计算机更可靠

量子纠错：让计算机更可靠

量子计算机可以改变许多行业，但它们需要可靠。这就是量子误差校正有帮助。——Krysta Svore 博士，Microsoft量子。

量子计算正在快速发展，可靠性是关键。量子比特经常会出错，被称为“噪音”。这种噪音会扰乱计算所需的量子态，使结果不可靠。为了解决这个问题，科学家们正在努力量子误差校正（QEC）方法。这些方法旨在使量子计算机可靠且容错。

关键精华

• 量子误差校正（QEC）是关键使量子计算机更加可靠并且对实际任务有用。
• 研究人员已经制造出比单个量子比特更不容易出错的“逻辑量子比特”。
• 这种可靠性水平对于释放量子计算的全部潜力至关重要。
• 像这样的技术活动综合征提取并保持量子叠加对于从嘈杂到可靠至关重要量子计算.
• 公司喜欢Microsoft和量子正在共同努力改进量子纠错。这有助于量子计算到一个新的水平。

量子纠错简介

量子纠错是充分利用量子计算和量子信息量子比特很容易出错，因为它们很脆弱，而且很容易受到噪声的影响。相比之下，经典比特要可靠得多，出错的概率只有 1 亿亿分之一。然而，量子比特的错误率约为 1 分之一。

可靠量子计算机的意义

量子计算机要想良好运行，就必须可靠。这对于解决化学、材料科学和能源等领域的复杂问题至关重要。容错量子计算可能会带来重大突破。但要实现这一目标，还有很大的挑战。

量子计算机扩展的挑战

量子计算机的扩展非常困难，因为量子比特的错误率很高。为了克服这个问题，有效的量子纠错至关重要。这是从嘈杂的中级量子 (NISQ)机器可靠的量子计算机可以提供量子至上.

“量子纠错可以纠正由环境噪声或量子系统中的不完美操作引起的位翻转误差和相位翻转误差。”

为量子纠错创建和管理大量量子比特非常困难。但好处是巨大的。通过使用更多量子比特和特殊代码，我们可以发现并修复错误。这使得量子计算机具有容错能力，开辟了科学和技术领域的新领域。

逻辑量子比特：为容错铺平道路

研究人员找到了巧妙的方法来制造逻辑量子位。这些逻辑量子位将量子信息分散到许多物理量子比特上。这使得修复错误变得更容易，而不会丢失信息。他们使用量子纠缠将量子位连接在一起，使得跨多个量子位的数据存储和操作成为可能。

逻辑量子比特中的纠缠和冗余

逻辑量子位是迈向可靠量子计算的一大步。他们使用量子纠缠使量子系统更加稳定和可扩展。这是使量子计算机大规模运行的关键。

QPerfect 和 QuEra Computing 等公司在逻辑量子比特研究方面处于领先地位。他们利用在量子纠错和模拟方面的知识来改进逻辑量子比特。他们的目标是使量子计算机足够精确，以供实际使用。

得益于逻辑量子位，量子计算正在变得越来越好。研究人员正在利用量子特性和冗余来提高量子计算机的可靠性。这将有助于解决复杂问题并推动科学发展。

“QuEra 的路线图旨在到 100 年推出具有 2026 个逻辑量子位的纠错量子计算机。”

实现容错量子计算的道路十分艰难，但逻辑量子比特是一大进步。随着研究人员不断改进这些系统，我们可以预期量子计算机将成为科学研究不可或缺的一部分。

Microsoft和Quantinuum的突破

Microsoft和Quantinuum在量子纠错方面取得了巨大飞跃。他们共同合作，从Quantinuum的H2量子处理器中创建了四个可靠的逻辑量子比特。每100,000次运行只发生一次错误。这是一个错误率提高800倍这对于容错量子计算来说是一大进步。

他们的成功源于在离子阱硬件上使用量子比特虚拟化的新方法。这种方法大大降低了量子比特的错误率。它为能够解决复杂问题的混合超级计算机打开了大门，从而为科学和商业带来新发现。

Quantinuum的系统模型H2现在是微软2级弹性阶段的第一台量子计算机。这表明该团队在扩大量子计算机规模和实现容错量子计算。

“微软和量子显著降低了逻辑错误率，这是充分发挥量子计算潜力的关键一步。”

现在，目标是制造可靠且运行良好的量子计算机。他们旨在帮助材料科学、药物发现、人工智能和金融等领域。他们的梦想是创建一台具有一百台可靠逻辑量子位这将有助于解决重大科学问题并加速许多领域的进步。

微软和Quantinuum取得的这一成就是迈向可靠量子计算的一大步。他们已经解决了量子误差校正这为能够解决复杂问题并带来科学和商业新发现的量子计算机打开了大门。

主动综合征提取：诊断和纠正错误

微软和Quantinuum的研究人员在提高量子计算机可靠性方面取得了重大进展。他们使用了一种称为活动综合征提取。这种方法大大降低了错误率，使得量子计算更加可靠。

此技术可在计算机运行时修复错误，而不会损害量子叠加。它通过将逻辑量子位的信息保存在另一个区域来实现这一点。这样团队就可以在错误发生时发现并修复错误，从而保证量子态的安全。

得益于这种新方法，该团队将280个物理量子比特变成了48个逻辑量子比特。微软的错误修正功能帮助每100,000次尝试中，有800个逻辑量子比特能够正常工作一次。这减少了14,000次错误，使XNUMX多次测试无误运行。

研究表明这量子纠错可以使量子计算机更加可靠。这使我们更接近强大、无错误的量子系统。

量子纠错：让量子计算机更可靠

向前迈出了一大步微软和Quantinuum.他们改进了量子纠错。这使得可靠的量子计算机和容错量子计算可能。

研究人员做了一件了不起的事情。他们让逻辑量子比特进入起始状态，并在99.4%的时间对其进行了检查。这是一项巨大的进步，因为预计该过程的各个部分只能在98.9%的时间工作。得益于逻辑量子比特的设计，现在发生错误的可能性大大降低。

这一突破对于量子计算在科学和能源安全领域的未来至关重要。随着更多可靠的量子计算机，科学家可以解决以前难以解决的复杂问题。

“工程师可以设计一台计算机，使其组件协同工作以捕获错误，类似于使用纠错来确保手机和高速调制解调器等技术的传输质量。这种冗余可以将未捕获错误的几率从百分之一降低到千分之一以下。”

微软和Quantinuum的工作量子纠错是一件大事。这是迈向可靠的量子计算机和容错量子计算。随着技术的进步，我们将看到更多令人兴奋的进步。

从NISQ过渡到2级弹性量子计算

量子计算取得了重大飞跃微软和Quantinuum他们创造了有史以来最可靠的逻辑量子比特，让我们从嘈杂的中级量子(NISQ)至2级弹性量子计算.

微软的最新测试表明，他们可以从30个物理量子比特中生成大约XNUMX个可靠的量子比特。这些逻辑量子比特比物理量子比特准确得多，这是一个巨大的胜利。这一突破意味着我们现在可以构建更大的量子计算机，更好地解决现实世界的问题。

这项工作将量子计算领域从NISQ级别提升到了“2级弹性”。这表明他们已经制造出了低误差量子硬件，可以不断增长以可靠地解决问题。这是使量子计算机比传统计算机更好的一大步。

从NISQ升至2级弹性量子计算是一件大事。它表明错误率大幅上升，而不仅仅是量子比特数增加。这对量子技术来说是一个巨大的飞跃，对未来产生重大影响弹性量子计算和量子纠错.

随着我们走向更多可靠的量子计算机，微软和Quantinuum的工作至关重要。他们向我们展示了量子纠错在改进量子计算方面的局限性。未来将会看到，增加更多的量子比特并不总是会让事情变得更好。

得益于微软和Quantinuum的突破，量子计算的未来一片光明。这一进步对于实现量子霸权随着我们不断探索，弹性量子计算和量子纠错将释放量子技术的全部潜力。

合作实现量子霸权

微软与Quantinuum之间的合作是推动量子霸权他们将微软的量子比特虚拟化与Quantinuum的离子阱技术相结合。混合超级计算预计混合将有助于实现量子至上它将开辟材料科学和能源研究的新领域。

混合超级计算的作用

团队合作Microsoft和量子已经改变了游戏规则量子至上.他们的混合方法同时使用量子和经典技术来改进纠错并扩大量子系统。这项工作可能导致量子计算机的下一个重大飞跃。这些计算机将解决传统计算机无法解决的复杂问题。

之间的伙伴关系Microsoft和量子展现共同努力的力量量子霸权.他们利用独特的技能应对量子挑战，使系统更加可靠。这种团队合作为科学、技术等新发现打开了大门。

量子纠错的未来

研究人员正在寻找新的方法，例如拓扑量子计算使量子计算机更可靠、更强大。拓扑量子比特可以更好地处理错误。这可能导致量子纠错.

拓扑量子计算

2023年，谷歌展示了17量子比特系统可以修复一个错误，49量子比特系统可以修复两个错误。亚马逊制造了一款芯片，可将错误减少100倍。IBM提出了一种修复错误的新方法，所需量子比特数减少了10个。

哈佛大学做出了最多的纠错量子比特，顶级量子公司Riverlane去年做出了最强的量子解码器，他们计划到2026年为量子计算机提供实时解码器。

IBM希望在1000年前制造出一台XNUMX量子比特的机器。这种机器可以做有用的工作。

的目标容错量子计算是制造能够可靠地执行复杂任务的量子计算机。研究人员在修复错误方面取得了重大进展。量子低密度奇偶校验(qLDPC)和2D表面码等代码有助于减少错误。

量子社区希望到2035年实现TeraQuOp(万亿次无错误操作)机器。拓扑量子计算有望实现更可靠、更强大的量子计算机。

可靠量子计算机的应用

可靠的量子计算机正在改变材料科学、化学和能源研究等领域的格局。量子计算机可以模拟分子和原子在量子层面上的相互作用。这是传统计算机无法做到的。

这可能会在制造新材料、催化剂和储能解决方案方面带来重大突破。这些是解决一些最大问题的关键科学挑战和能源挑战我们面对。

模拟量子力学

通过可靠的量子计算机科学家们可以非常准确地模拟量子力学系统。这对材料科学来说是一个重大的改变。它有助于预测新材料在量子层面上的表现。

通过建模量子力学模拟嗯，科学家可以更快地找到并改进材料，以实现更好的能源利用、先进的电子产品和新电池。

应对科学和能源挑战

可靠的量子计算机还可以帮助解决复杂的科学挑战和能源挑战.他们可以深入了解化学反应，从而找到更好的催化剂和绿色能源解决方案。

量子算法还可以使电网、交通和供应链更好地运转。这将带来一个更加高效和绿色的未来。

“量子计算有可能通过以前所未有的精度模拟量子力学系统，彻底改变材料科学、化学和能源研究等领域。”

结语

回顾过去十年的重大进步量子误差校正我们对可靠量子计算机的未来充满希望。微软和Quantinuum的重大胜利向我们展示了实用量子计算的光明未来。他们在解决量子错误和扩展可靠系统方面取得了巨大进步。

这一突破对量子计算的未来意义重大。它为解决科学和能源研究中的复杂问题打开了大门。随着我们不断改进量子纠错，我们对未来的创新和发现感到兴奋。

走向实用量子计算的道路充满障碍，但我们已做好准备迎接挑战。得益于全球研究界的辛勤工作和创造力，我们正在取得进展。借助量子纠错和所取得的进展，我们离量子计算的全部潜力越来越近了。这可能会让我们的世界变得更美好。

常见问题

可靠的量子计算机有何意义？

可靠的量子计算机是解决化学和能源等领域复杂问题的关键。它们帮助我们应对这些领域的重大挑战。扩大量子计算机的规模并使其具有容错能力一直很困难。

逻辑量子位如何帮助提高量子计算机的可靠性？

逻辑量子位将量子信息分散到多个物理量子位上。通过增加冗余度，逻辑量子位更加可靠。逻辑量子位使用量子纠缠将量子位连接在一起，将信息存储在多个物理量子位上。

Microsoft与Quantinuum的合作取得了哪些突破？

Microsoft和Quantinuum利用Quantinuum的H2处理器制造了四个逻辑量子比特。该处理器每运行100,000万次才会出错一次。这与物理量子比特相比是一个巨大的飞跃。

研究人员是如何实现错误率的改善的？

研究人员在Quantinuum的离子阱量子比特上使用了“主动综合征提取”技术。这种方法可以在计算过程中修复错误，而不会丢失逻辑量子比特。

这次突破在量子计算领域有何意义？

这项突破是实现量子计算机可靠性的一大步。它展示了如何制造出错误更少的逻辑量子比特。这是实用量子计算的关键，而实用量子计算对许多领域都至关重要。

这一成果对量子计算发展有何影响？

这项工作将量子计算从“嘈杂的中级量子”(NISQ)级别提升到了“二级弹性”。它展示了如何制造运行良好且可扩展的量子硬件。这是迈向量子霸权的一大步。

Microsoft和Quantinuum之间的合作如何促进这些进步？

Microsoft和Quantinuum联合推出了一项技术，展示了大规模可靠的量子计算。这种量子计算和传统计算的结合是实现量子霸权的关键。它为材料科学和能源研究开辟了新的可能性。

量子纠错未来有哪些潜在的进步？

研究人员正在研究拓扑量子计算，以实现更好的可靠性和可扩展性。拓扑量子比特可以更抗错误。这可能会在未来带来更可靠的量子计算机。

可靠的量子计算机如何影响科学和能源研究？

量子计算机可以模拟复杂的分子相互作用。这可以带来新材料和能源解决方案。它可以帮助解决重大的科学和能源挑战。