创新背景

量子计算机被视为未来处理信息的最佳工具，但目前尚无法确定它们是否能够取代传统计算机，因为量子计算机存在一个问题：它们的计算极易出错，并且修正错误非常困难。

创新过程

以往的量子计算纠错方法只能检测和纠正量子系统中发生的两种基本错误类型之一。对于容错操作，量子计算机必须纠正由于不可避免的退相干和控制精度有限而发生的错误。苏黎世联邦理工学院的研究人员实现了自动连续快速地纠正量子系统中的错误，克服了迈向实用量子计算机的重要障碍。

自动纠正量子系统中的错误可以使量子行动的结果可用于实际。研究人员表示，证明使用量子比特的量子计算机中的错误可以快速反复被修正，突破了实用量子计算机道路上的一个障碍。相关研究成果论文《在距离三表面代码中实现重复量子纠错》于2021年12月7日发表在《量子物理学》上。

研究人员在实验室中制造了一种芯片辅助研究，芯片的超导电路上共有17个超导量子位，它被安装在苏黎世联邦理工学院的单核实验室。研究小组使用“表面代码”实现错误修正，这是一种将量子信息传递给多个物理量子比特的方法，以其极高的错误容忍度而闻名。

芯片上的17个量子位中有9个以三乘三方格状组合，共同构成一个“逻辑量子位”，即量子计算机的运算单元。剩下的8个量子位会偏移，检测系统中的错误。纠错周期中仅需要1.1μs，研究证明了逻辑量子比特的四个基数状态的保持。重复执行该循环，可以使用最小权重匹配算法，以无错误模型方法测量和解码位和相位翻转错误综合征，并在后处理中应用校正。

如果逻辑量子位中发生错误，导致信息失真，系统会将此错误识别为错误。然后，控制电子设备相应地校正测量信号。在发现低错误概率大概3%，每个周期在剔除检测到泄漏的实验运行时，研究人员发现实验设备的测量特性与数值模型非常吻合。研究对重复、快速和高性能量子纠错周期的演示，以及离子阱的最新进展，证明容错量子计算将在实践中实现。

研究使用自旋旋转产生的器械制造的超精密电子设备来安装芯片，芯片本身位于大型低温恒温器的底层，工作运转温度仅为0 . 01开文，略高于零度。芯片电源线由特殊材料制成，能够在极低的温度下与量子处理器配合使用。研发人员希望进一步使用一个带有5迈迈特量子格子的芯片，它需要更复杂的技术和更多的错误校正组件。

创新关键点

研究创新使用“表面代码”，在超导电路芯片中创建量子计算机的运算单元，实现在量子计算机中进行容错操作。