量子計算新突破：多模式編碼技術大幅降低量子糾錯成本

加拿大量子計算初創公司Nord Quantique宣布開發出一種基于多模式編碼的玻色子量子比特技術，為大幅減少量子糾錯所需的物理量子比特數量提供了可行路徑。這標志著行業向實現大規模、低能耗量子計算邁出了堅實一步。相關研究成果發表于最新一期《自然》雜志。

該技術采用了一種名為Tesseract代碼的高級玻色子編碼方案，能夠同時防護多種常見類型的錯誤，包括位翻轉、相位翻轉和控制誤差。與傳統單模式編碼不同，這種新方法還能檢測到“泄漏錯誤”，即量子信息逸出的編碼空間，從而顯著提升系統的穩定性。

在演示中，團隊過濾掉不完美的運行過程，每輪丟棄約12.6%的數據。結果顯示，在32次糾錯周期內，量子信息未出現可測量的衰減，展現出極高的穩定性。此外，隨著更多模式的引入，Tesseract代碼還能在量子糾錯能力上帶來進一步提升，成為未來高效容錯量子計算的重要基礎。

目前，量子糾錯是整個行業面臨的核心挑戰之一。傳統方法依賴大量物理量子比特來構建冗余，導致系統體積龐大、能耗高、控制復雜。而多模式編碼技術通過在一個邏輯量子比特中使用多個諧振腔模式進行編碼，每個模式代表不同頻率，在不增加量子比特數量的前提下提供更強的保護。不僅如此，團隊還可以通過調節每個模式中光子的數量來增強對量子信息的保護，進一步優化糾錯性能。

從實際應用看，一臺配備1000多個邏輯量子比特的量子計算機，其占地面積約20平方米，足以集成進現代數據中心。以破解RSA-830加密為例，在1MHz頻率下，該系統可在一小時內完成任務，功耗約為120千瓦時。相比之下，傳統高性能計算系統需要9天時間，消耗高達28萬千瓦時。

團隊指出，全新編碼方法是解決量子糾錯難題的一種高效策略，預計到2029年，首臺具備100多個邏輯量子比特的實用型量子計算機將正式問世。