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量子计算机要想真正走出实验室、走向实用，绕不开一个老大难问题：如何在环境干扰不断侵蚀量子信息的情况下，快速而可靠地构建起具备纠错能力的量子态。
瑞典查尔姆斯理工大学的一支研究团队近日在这一关键瓶颈上取得突破，将相关操作的速度提升了整整一千倍，为量子计算的实用化进程扫清了一道重要障碍。
从"数千个周期"到"一个周期"的跨越
这项研究由查尔姆斯理工大学的雷·杜担任第一作者，唐佑·黄担任共同作者，相关成果已发表于国际权威期刊《物理评论快报》，论文题为《玻色子编码的单周期弗洛凯量子晶格门控制》。
长期以来，构建具备纠错保护能力的量子态一直是个极其缓慢的过程，这也给了外部环境干扰足够的时间去破坏原本脆弱的量子信息，是整个领域公认的核心瓶颈之一。研究团队在成果说明中直言："我们的结果解决了该领域的一大主要瓶颈——如何快速可靠地创建和控制纠错量子态。"
量子比特之所以难以驾驭，根源就在于它对外界环境极度敏感，哪怕是极其微弱的温度波动、电磁噪声，都可能让原本处于叠加态的量子信息瞬间"坍缩"或失真。操作耗时越长，这种被破坏的概率也就越高，因此提速本身就等同于变相提升了系统的抗干扰能力。
"量子晶格门"如何实现一千倍加速
超快量子操作新方法的示意图。图片来源：查尔姆斯理工大学 | 该插图由黄唐友和杜磊使用人工智能工具 ChatGPT 绘制。
研究团队开发出的解决方案，核心在于一种被称为"量子晶格门"的基本量子操作单元，通过将这些基础操作组合起来，就可以完成更为复杂的量子计算任务，相当于为量子计算搭建了一套更高效的"积木"体系。
结合"弗洛凯控制"这种通过重复施加控制信号来操纵量子系统的方法，团队实现的操作只需要一个驱动周期就能完成，而此前的传统方案往往需要耗费数千个周期才能达到同样的效果。这种效率的跃升，直接大幅压缩了外部环境侵蚀量子信息的时间窗口，从根本上降低了出错概率，也让原本遥不可及的实用化量子纠错向前迈进了一大步。
具体而言，这项技术主要作用于"玻色子量子编码"——一种将信息存储在超导电路内部微波场中的量子编码方式。此前对这类编码进行操控时，往往因为耗时过长而饱受环境噪声困扰，如今借助新方法，相关操作的可靠性和效率都得到了质的提升。
雷杜和黄堂友，查尔姆斯理工大学。图片来源：查尔姆斯理工大学/Lovisa Håkansson
与依赖单个物理量子比特存储信息的传统方案相比，玻色子编码本身就具备天然的纠错优势，因为信息被分散编码在一个更大的物理系统之中，单点故障不容易导致整体信息丢失。而这一次的加速突破，相当于是在这套本就颇具潜力的编码方案上，又补上了操控效率这块关键短板。
多方资助支持，实验验证在路上
这项研究获得了包括中国国家自然科学基金委员会、瓦伦堡量子技术中心以及克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会在内的多方资助，反映出这一课题在全球范围内受到的高度重视，也体现出跨国科研合作在前沿基础研究领域的重要作用。
研究团队表示，接下来的重点工作，将是在现有的超导量子计算平台上开展实验验证，把理论层面的突破真正落实到实际硬件系统中去检验。如果这一目标能够顺利实现，量子纠错这一长期制约实用化量子计算机发展的核心瓶颈，或许将迎来实质性的松动，这对整个量子计算产业的发展进程而言，无疑是一个令人期待的积极信号。
从更宏观的角度看，量子计算领域近年来的每一次进展，几乎都是在硬件规模扩张和纠错效率提升这两条主线上交替推进。这一次将操控速度提升千倍的突破，如果能顺利通过实验验证并推广到更大规模的量子处理器上股票配资分析，或许会成为推动实用化量子计算机加速落地的关键一步。
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