IT之家 2 月 11 日訊息，量子計算機具有在某些問題上遠超經典計算機的運算能力，但量子位元卻會因干擾噪音的影響而失去量子特性。因此，實用的可容錯量子計算機最終要求對量子糾錯碼（即邏輯量子位元）實現編解碼和糾錯，並在糾錯保護下進行量子邏輯閘操控，實現對量子資訊的保護。量子糾錯被公認為是實現可容錯通用量子計算的核心問題。
初創公司 QuEra 宣佈其開發的世界首臺具有“邏輯量子位”的商用容錯量子計算機將在 2024 年底推出，並擁有 256 個物理量子位和 10 個邏輯量子位。
IT之家注：邏輯量子位是由物理量子位（量子位元）透過量子糾纏連線而成，它透過將相同的資料儲存在不同的地方來減少量子計算機中的錯誤，從而使計算過程中的故障點變得多樣化。
值得一提的是，QuEra、哈佛大學和其他幾所研究機構在 2023 年 12 月 6 日向《自然》雜誌發表了一項新研究，其中就展示了一臺執行良好的量子計算機，它包含 48 個邏輯量子位，這是迄今為止經過測試的最大數量的邏輯量子位。
論文作者、QuEra 和哈佛大學物理學家 Harry Zhou 在一封電子郵件中告訴 Live Science 說：“這是第一臺具有量子糾錯功能的機器。”
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雖然這臺測試用的量子計算機本身沒有足夠的效能，但它為軟體開發者提供了一個平臺，可以用來測試未來量子計算機的程式碼。
眾所周知，傳統計算機使用二進位制位儲存資訊（其值要麼為 0，要麼為 1），而量子計算機使用的量子位處於疊加狀態（可以同時處於 0 和 1 之間的狀態），而且量子位還可以透過量子糾纏組合在一起，同時存在於多個狀態。這就使它們能夠比傳統計算機更快地執行更多的計算量，前提是包含足夠數量的量子位元。
但要想提高數量也不是那麼簡單的事，量子位很容易受到干擾，大約每 1000 個量子位中就會有 1 個出現錯誤，而傳統計算機一般 10 億億個位元中才會出現 1 個錯誤。
如果哪一臺量子計算機能擁有數百萬個量子位，那它將直接超越當今最強的超級計算機，但目前為止最大的量子計算機也只有大約 1000 個量子位，這種高故障率嚴重限制了人類對量子計算機的的研究速度。
實際上，在計算和通訊中出現錯誤是很自然的事。上世紀五十年代的早期經典計算機都是用電子管或繼電器構建的位元，會毫無預兆地發生反轉。為此，數學家馮・諾伊曼提出利用冗餘位元來糾錯的容錯技術。冗餘糾錯很容易理解，比如說你電話中告訴別人你的名字，說一次不夠就說 3 次“我是張三、張三、張三……”，次數越多，傳錯聽錯的機率就越小，冗餘糾錯的方法便類似於此。
目前來看，提高系統的可靠性一般有兩種辦法：一是對硬體縝密設計和質量控制，儘量減少出錯的機率；二是以冗餘為代價來換取可靠性，算是軟體方面的努力。硬體的控制是有限的，必須利用軟體編碼來“容許”錯誤。
糾錯可以抵消量子位易於出錯的趨勢，而構建邏輯量子位就是一種很巧妙的方法。據介紹，QuEra 極大地降低了量子位的錯誤率，其第一臺使用該技術的商用機器就實現了 256 個物理量子位和 10 個邏輯量子位。
Harry Zhou 介紹稱，新的糾錯系統便是依賴於資料冗餘，即同一份資料儲存在多個位置。具體來說，相同的資料會儲存在多個位置，而邏輯量子位可以在多個物理量子位上執行相同的計算，即使一個或多個物理量子位出現故障也可以保證計算繼續進行，從而大大降低錯誤率。
研究人員透過將糾錯程式碼應用於普通量子位來建立邏輯量子位。然後，他們在量子位之間建立邏輯閘或電路，使其糾纏在一起。隨後，量子計算機計算“綜合徵”，也就是衡量可能發生錯誤的程度。利用該資訊，量子計算機可以糾正錯誤並進行下一步操作。
資料方面，谷歌量子人工智慧實驗室 2023 年曾使用三個邏輯量子位實現了 2.9% 的錯誤率，而 Quera 公司的錯誤率僅為 0.5%（使用 48 個邏輯量子位）。不過目前世界領先的是牛津大學，他們以雙量子位實現了小於 0.01% 的錯誤率，實用意義不大。
值得一提的是，IBM 去年也展示了其 127 個量子位的 Heron 晶片的糾錯技術，與其他晶片相比可使得錯誤率降低 80%，但其首臺商用機器預計要到 2029 年才會問世。
QuEra 公司計劃在 2025 年推出擁有 30 個邏輯量子位和 3000 個物理量子位的機器，計劃在 2026 年推出一臺擁有 10,000+ 個物理量子位和 100 個邏輯量子位的“效能猛獸”。
Harry Zhou 還透露：“擁有 100 個邏輯量子位的機器（2026 年）可以以超過當今（所有）超級計算機的能力進行正確的計算。”
