北京
研究人员发现，解码器仅使总计算量增加了 0.02%，因此没有给任务带来延迟。
全球领先的量子计算解决方案提供商 IonQ 在成功演示了使用可在单个中央处理器（CPU）上运行的实时解码器进行量子纠错之后，达成了一项重大里程碑。这一成就使量子计算能够扩展，而无需同时扩展经典硬件。
量子纠错是一个重大瓶颈，正显著拖延量子计算在现实世界中的推广。虽然与经典计算机相比，量子计算机能够以指数级规模执行计算，但它们在这些计算中也很容易产生错误；如果这些错误无法被纠正，整个工作就会变得徒劳。
人们已尝试多种方法来减少这些错误，例如开发逻辑量子比特——将多个物理量子比特组合成一个大型虚拟量子比特——或者翻转错误本身以得到正确答案。虽然这些方法已被证明有帮助，但它们也增加了部署量子计算机的成本，使其在商业推广中不可行。
总部位于马里兰州的 IonQ 自 2021 年以来一直向云提供商提供量子计算服务，如今展示了一种新颖独特的纠错方法，可使用现成的 CPU 运行。
IonQ 如何攻克纠错
由于对量子比特进行测量会破坏其量子态，研究人员只能收集有关其错误综合征的信息，以了解该量子比特是否累积了错误。利用这些连经典计算机也能处理的信息，研究人员可以应用量子纠错。
研究人员通常会设计解码算法，在 CPU、图形处理器（GPU）或现场可编程门阵列上运行，以分析这些错误综合征，然后对计算施加纠正。
在传统方法中，负责此类纠错的经典计算机往往不堪重负，并造成瓶颈，使量子计算不得不暂停等待，然后才能再次继续。IonQ 的实时解码器通过高效管理这一工作负载克服了这一障碍，使量子计算无需暂停即可运行。
双解码器架构
在 IonQ 部署其纠错方法的一次演示中，跨 88 个存储块的 408 个逻辑量子比特执行了超过 3150 万次单独的量子操作。然而，该公司仅使用单个 CPU 就执行了纠错。
IonQ 将这一壮举归功于其双解码器架构：第一个解码器提取初始错误综合征测量结果，而第二个解码器在细化中间表示后纠正残余错误。
在评估过程中，研究人员发现，解码器仅使总计算量增加了 0.02%，这意味着它没有延迟任务。
“成功在数百个逻辑量子比特和数百万次逻辑操作中验证实时解码，是一个重要里程碑，”IonQ 量子研究负责人 Nicolas Delfosse 在新闻稿中表示。“此外，我们的解码器在单个 CPU 上运行这一事实，为商业规模的容错量子计算提供了一条实用路径。”
“IonQ 正在通过直接验证每个组件，实现具有成本效益的量子系统扩展，”IonQ 架构副总裁 John Gamble 补充道。“这样的经验证据支持我们对容错的愿景：求解时间、求解成本和求解能耗始终是我们的北极星。”
该公司正在努力构建一台拥有 256 个物理量子比特的量子计算机，同时目标是在未来打造一台拥有数千个量子比特、用于工业规模应用的量子计算机。
研究结果已发表在 arXiv 上。
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