里程碑的量子计算

量子纠错是开启量子计算大规模商业化的关键。科学家引入逻辑量子比特，以提高量子信息的稳定性。逻辑量子是一组由多个物理量子比特组成的量子比特，可以起到“1”的作用 稳定控制纠偏效果1>2。

微软和量子计算龙头公司Quantinuum于当地时间9月10日宣布，他们取得了重大进展，成功地纠缠了历史上最多的12个逻辑量子比特，创造了迄今为止最高的计算保真度。，展示了一把量子纠错技术。

量子计算领域的重要概念是逻辑量子比特、量子纠错和计算保真度。可以说，量子纠错是开启量子计算大规模商业化的关键。

量子计算是一种利用量子力学原理进行信息处理的技术。与传统的经典计算相比，量子计算的主要优点是：

(1)计算能力强：与传统计算机相比，量子比特只能处理“0”和“1”两种状态，（qubit）可以同时处于“0”和“1”的叠加状态，这使得它能够在理论上以极快的速度完成大规模的计算任务。量子计算机的计算能力随着量子比特数量的增加而呈指数级增长。也就是说，量子计算机在处理某些特定类型的问题时，比如搜索和优化问题，比传统计算机快得多；

(2)应用空间更广:量子计算机自然适合模拟其他量子系统，对化学、材料科学、物理等领域的研究具有重要意义。对传统计算机来说，模拟分子和化学变化，预测新材料的性质是非常困难的。另外，量子计算机理论上可以加快机器学习算法的训练过程，对于大数据和复杂模型的处理非常有用，可以促进机器学习和人工智能的发展；

(3)加密与安全：理论上，量子计算机可以破解许多现有的加密技术，但同时也可以开发新的量子加密技术，提供更先进的通信安全。

虽然量子计算具有很大的潜力，但它仍处于发展初期，技术和物理都存在许多挑战，其中一个重要障碍就是，单个物理量子比特非常脆弱，容易受到外界环境的影响，量子门控制的保真度要求很高。任何不完美都可能导致计算误差，量子纠错技术尤为重要。

逻辑性量子比特：“1 量子纠错技术1>2

科学家通过引入逻辑量子比特为了克服物理量子比特的上述缺陷，提高量子信息的稳定性和错误容忍性。

逻辑量子比特通常由多个物理量子比特通过特定的量子纠错码进行编码。这些物理量子比特的集合可以保护逻辑量子比特免受局部错误的影响。如果其中一个物理量子比特出现错误，可以在不影响逻辑量子比特整体状态的情况下，通过量子纠错过程进行测试和纠正错误。

简而言之，逻辑量子是由多个物理量子比特组成的一组量子比特，其中物理量子比特可以相互纠正错误，从而保证整个逻辑量子比特的稳定性。 “1>2”稳定纠偏效果。通过这种方式，即使其中一个物理量子比特出错，其他物理量子仍能提供足够的信息来保证数值的准确性。

微软和Quantinum的突破在于它们刷新了逻辑量子比特的总数，建立了一个更加可靠的量子计算“团队”，其量子纠错技术使得逻辑量子比特的错误率比独立的物理量子比特低800倍。这个成就是量子计算向可靠实用计算迈进的关键一步。

微软是怎么做到的？

新的突破离不开H2离子陷阱量子计算机作为硬件的两个核心要素，Azure也是软件 虚拟化Quantum量子比特平台。

由Quantinum公司推出的H2离子阱量子计算机是一种高性能量子计算系统。该量子计算机使用微软的Tesseract代码(一种用于量子计算的故障容错机制)来保护量子信息(Tesseract代码本质上是一种四维超立方体结构，它将16个物理量子比特排列成一个四维空间的超立方体，从而保护逻辑量子)。通过牺牲部分效率，该代码大大提高了纠错性能，能够有效地检测和纠正量子比特中的错误，

Azure 微软提供的量子云计算服务是Quantum量子比特虚拟化平台，旨在利用软件方面提高硬件的稳定性和精度，能动态管理多个物理量子比特之间的合作，保证逻辑量子比特的稳定性，从而有效地协调物理量子比特的操作，减少错误的发生。

量子计算、AI、HPC首次协同处理科学问题

值得注意的是，微软和Quantinum的这一突破并不局限于理论，而是兼顾应用端，向大众展示了量子计算解决实际问题的能力。

研究人员将高可靠性逻辑量子比特、云计算和AI技术相结合，进行了复杂的化学模拟，成功地预测了一种化学催化剂的基态能量。由于需要处理极其复杂的计算任务，这种模拟对传统计算机来说几乎是不可能的。

根据微软的介绍，HPC是第一次进入HPC、为了解决科学问题，AI与量子计算硬件相结合。

可以预见，量子计算将大大缩短科学发现和新产品甚至新产品诞生的时间。

目前，通过Azuree，微软正在积极推进量子计算商业化 Quantum平台向外提供量子计算服务，Quantinumum用户可以通过这个平台获得、IonQ、PASQAL、量子计算企业的解决方案，如Rigetti。

预计国内量子计算产业将继续扩大

IBM、海外科技巨头，如微软、谷歌，都是深耕量子计算，先后发布路线图，同时，国内量子计算产业近年来也取得了突破。

稀释制冷机在超导量子计算机的运行中起着极其重要的作用。SL400国产稀释制冷机是中国科技创新公司在量子计算极低温制冷技术方面取得的首次重大进展，其性能参数已达到国际同类产品的先进水平；

4月25日，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院向国盾量子交付了一款504比特超导量子计算芯片“骁鸿”。这款芯片是中国第一款超导量子计算芯片，具有超500比特的性能，刷新了国内超导量子比特的数量记录，可以与国际主流芯片相媲美，可以高效承载各领域客户对实用问题和算法的研究；

今年1月6日，源头量子R&D团队第三代自主超导量子计算机“源头悟空”正式上线，向全球用户开放，接受全球量子计算任务。该量子计算机配备了72个自主超导量子芯片“悟空芯”，是目前中国最先进的可编程、可交付的超导量子计算机。

在生物医学领域，中国的量子计算技术也取得了重大突破。近日，蚌埠医科大学与源量子计算技术(合肥)有限公司达成战略合作，依托中国第三代自主超导量子计算机，双方将联合开发国内首个量子分子对接应用，加快小分子药物研发流程，提高药物设计效率。

此外，量子计算相关政策在中国频繁发生。今年3月，量子计算首次被列入政府报告。7月5日，工业和信息化部部长金壮龙进一步表示，未来行业将适度提前布局，重点关注人形机器人、脑机接口、元宇宙、下一代互联网、6G。、在海底空天开发等领域，量子技术，原子级制造。

国内量子计算产业有望在未来随着政策端、产业端的不断演变而不断扩大。

本文来自微信微信官方账号“科创板日报”，作者：宋子乔，36氪经授权发布。

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