微軟與量子計(jì)算公司Quantinuum深度合作，宣布在實(shí)驗(yàn)中成功完成了多達(dá)14000次無(wú)錯(cuò)誤的量子計(jì)算操作，刷新量子計(jì)算錯(cuò)誤率紀(jì)錄，將錯(cuò)誤率降低800倍，這也為未來(lái)的科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)辟了新的方向。

在AI技術(shù)與數(shù)字化浪潮中，計(jì)算能力的提升一直是科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。然而，在面對(duì)氣候變化模擬、藥物研發(fā)、新材料設(shè)計(jì)等極端復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已顯得力不從心。量子計(jì)算作為一種全新的計(jì)算范式，為解決這些問(wèn)題提供了前所未有的可能性。

量子計(jì)算的核心在于量子比特（qubit），不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的比特，它能夠同時(shí)處于0和1的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的并行計(jì)算。然而，量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)之路充滿(mǎn)挑戰(zhàn)，首要問(wèn)題是量子比特的穩(wěn)定性：由于量子系統(tǒng)的高度敏感性，微小的環(huán)境擾動(dòng)都可能導(dǎo)致量子比特狀態(tài)的變化，從而引入計(jì)算誤差。因此，如何提升量子比特的穩(wěn)定性，降低誤差率，是實(shí)現(xiàn)可靠量子計(jì)算的關(guān)鍵。

近日，量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展：通過(guò)結(jié)合微軟的量子比特虛擬化系統(tǒng)(qubit virtualization system)和Quantinuum的離子阱硬件技術(shù)(ion trap hardware)，成功實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低錯(cuò)誤率邏輯量子比特的操作。這一成果不僅標(biāo)志著量子計(jì)算從嘈雜中間規(guī)模量子（Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ）時(shí)代，向更具穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的2級(jí)彈性量子運(yùn)算(Level 2 Resilient quantum computing)時(shí)代的邁進(jìn)，也為未來(lái)的量子技術(shù)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

更為引人注目的是，微軟和Quantinuum在實(shí)驗(yàn)中成功完成了多達(dá)14000次的量子計(jì)算操作，且未出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。這一成就是物理錯(cuò)誤率與邏輯錯(cuò)誤率間前所未有的巨大差距的成功展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤率降低800倍的卓越成果，刷新了量子計(jì)算的錯(cuò)誤率紀(jì)錄。

“量子糾錯(cuò)和容錯(cuò)技術(shù)的重大突破，對(duì)于量子計(jì)算在科學(xué)探索與能源安全領(lǐng)域發(fā)揮長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值至關(guān)重要。這些顯著成果不僅彰顯了量子技術(shù)的巨大潛力，更為量子計(jì)算系統(tǒng)的持續(xù)研發(fā)與創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。”

特拉維斯·漢伯博士

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子科學(xué)中心主任

重大突破：

攻克量子誤差處理難題

我們迎來(lái)了量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)里程碑時(shí)刻，成功地從基礎(chǔ)階段躍升至韌性階段，這是行業(yè)的首次重大突破。我們正站在一個(gè)新起點(diǎn)，即將利用更為可靠的量子計(jì)算機(jī)去解決復(fù)雜而富有意義的問(wèn)題。

我們的量子比特虛擬化系統(tǒng)，結(jié)合Quantinuum的硬件，能夠過(guò)濾和糾正錯(cuò)誤，展示了迄今為止物理錯(cuò)誤率和邏輯錯(cuò)誤率之間最大的降低空間。該系統(tǒng)不僅展現(xiàn)了四個(gè)邏輯量子比特降低邏輯錯(cuò)誤的巨大能力，而且標(biāo)志著我們正在向著更加可靠的量子計(jì)算邁進(jìn)。

更令人振奮的是，我們能夠在不損害邏輯量子比特的前提下，進(jìn)行錯(cuò)誤診斷和糾正。這種被稱(chēng)為“主動(dòng)癥狀提取(Active Syndrome Extraction)”的技術(shù)，不僅提升了量子計(jì)算的可靠性，也為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了重大突破。利用這一系統(tǒng)，我們成功運(yùn)行了超過(guò)14000次單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)生任何錯(cuò)誤。

“量子錯(cuò)誤糾正一直被視為理論上的挑戰(zhàn)，但微軟的中間層軟件在優(yōu)化量子比特、降低錯(cuò)誤率方面取得了顯著的進(jìn)步，真正地將理論轉(zhuǎn)化為了實(shí)際應(yīng)用。”

大衛(wèi)·肖博士

全球量子情報(bào)首席分析師

長(zhǎng)期合作：

微軟與 Quantinuum 攜手共進(jìn)

自2019年起，微軟與Quantinuum便建立了深厚的合作關(guān)系，共同致力于讓量子開(kāi)發(fā)者能夠在離子阱量子比特技術(shù)上，輕松編寫(xiě)和運(yùn)行前沿的量子代碼。這種技術(shù)憑借卓越的高保真度、全連通性和中電路測(cè)量能力，在業(yè)界樹(shù)立了新的標(biāo)桿。如今，Quantinuum憑借其卓越的量子體積表現(xiàn)，在業(yè)界贏得了廣泛的認(rèn)可，并已做好準(zhǔn)備迎接量子計(jì)算的更高階段。

“今天里程碑式的成就，標(biāo)志著微軟與Quantinuum在量子計(jì)算領(lǐng)域的合作達(dá)到了新的高度。憑借微軟尖端的錯(cuò)誤糾正技術(shù)和Quantinuum世界領(lǐng)先的量子硬件，我們共同為量子應(yīng)用開(kāi)啟了前所未有的可能性。我們滿(mǎn)懷期待地看到，未來(lái)將有更多的客戶(hù)和合作伙伴從我們的解決方案中受益，一同探索量子計(jì)算的廣闊前景。”

伊利亞斯·汗

Quantinuum創(chuàng)始人兼首席產(chǎn)品官

Quantinuum的硬件憑借高達(dá)99.8%的物理雙量子比特保真度，為量子計(jì)算的可靠性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)合微軟量子比特虛擬化系統(tǒng)的先進(jìn)診斷和錯(cuò)誤糾正功能，我們成功實(shí)現(xiàn)了這一重大突破，引領(lǐng)著量子計(jì)算領(lǐng)域邁入更加穩(wěn)定、可靠的新階段。

展望未來(lái)：

邁向量子超級(jí)計(jì)算新紀(jì)元

我們的使命是予力全球每一人、每一組織，成就不凡。為此，我們借助Azure Quantum平臺(tái)，將全球領(lǐng)先的NISQ硬件引入云端，讓量子技術(shù)觸手可及。為了進(jìn)一步推動(dòng)量子生態(tài)的發(fā)展，我們?cè)贏zure Quantum Elements預(yù)覽版中，將人工智能、量子計(jì)算和云HPC技術(shù)融為一體。我們利用這一平臺(tái)，設(shè)計(jì)并展示了一個(gè)端到端的工作流程，整合了包括Copilot、Azure計(jì)算與Quantinuum處理器上的量子算法，共同訓(xùn)練出用于屬性預(yù)測(cè)的AI模型。

今天，我們?cè)俅芜~出堅(jiān)實(shí)的一步，將量子硬件推向韌性階段。在不久的將來(lái)，基于這些邏輯量子比特的高級(jí)功能，將以預(yù)覽版的形式呈現(xiàn)給Azure Quantum Elements的用戶(hù)。

我們深知，量子技術(shù)的未來(lái)遠(yuǎn)不止于此。因此，我們持續(xù)投入研發(fā)，致力于超越韌性階段，向量子超級(jí)計(jì)算邁進(jìn)。Azure Quantum團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了拓?fù)浞椒ǖ目尚行裕覀儗?duì)未來(lái)充滿(mǎn)信心。在下一階段，我們期待能夠解決更多復(fù)雜問(wèn)題，特別是在化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，解鎖全新應(yīng)用，將量子計(jì)算與經(jīng)典超級(jí)計(jì)算和AI技術(shù)相結(jié)合，共同在Azure Quantum云平臺(tái)上創(chuàng)造無(wú)限可能。

我們熱切期待將這些創(chuàng)新成果帶給每一位客戶(hù)，讓量子技術(shù)的力量真正惠及每一個(gè)人。

[1] 資料信息:微軟與Quantinuum如何實(shí)現(xiàn)可靠的量子計(jì)算 ，

https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2024/04/03/how-microsoft-and-quantinuum-achieved-reliable-quantum-computing/