微軟與量子計算公司Quantinuum深度合作，宣布在實驗中成功完成了多達14000次無錯誤的量子計算操作，刷新量子計算錯誤率紀錄，將錯誤率降低800倍，這也為未來的科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新開辟了新的方向。

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

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

近日，量子計算領(lǐng)域取得了重大進展：通過結(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)，成功實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的低錯誤率邏輯量子比特的操作。這一成果不僅標志著量子計算從嘈雜中間規(guī)模量子（Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ）時代，向更具穩(wěn)定性和可擴展性的2級彈性量子運算(Level 2 Resilient quantum computing)時代的邁進，也為未來的量子技術(shù)應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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

“量子糾錯和容錯技術(shù)的重大突破，對于量子計算在科學(xué)探索與能源安全領(lǐng)域發(fā)揮長遠價值至關(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

橡樹嶺國家實驗室量子科學(xué)中心主任

重大突破：

攻克量子誤差處理難題

我們迎來了量子計算領(lǐng)域的一個里程碑時刻，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。我們正站在一個新起點，即將利用更為可靠的量子計算機去解決復(fù)雜而富有意義的問題。

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

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，進行錯誤診斷和糾正。這種被稱為“主動癥狀提取(Active Syndrome Extraction)”的技術(shù)，不僅提升了量子計算的可靠性，也為整個行業(yè)帶來了重大突破。利用這一系統(tǒng)，我們成功運行了超過14000次單獨的實驗，沒有發(fā)生任何錯誤。

“量子錯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、降低錯誤率方面取得了顯著的進步，真正地將理論轉(zhuǎn)化為了實際應(yīng)用。”

大衛(wèi)·肖博士

全球量子情報首席分析師

長期合作：

微軟與 Quantinuum 攜手共進

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發(fā)者能夠在離子阱量子比特技術(shù)上，輕松編寫和運行前沿的量子代碼。這種技術(shù)憑借卓越的高保真度、全連通性和中電路測量能力，在業(yè)界樹立了新的標桿。如今，Quantinuum憑借其卓越的量子體積表現(xiàn)，在業(yè)界贏得了廣泛的認可，并已做好準備迎接量子計算的更高階段。

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

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99.8%的物理雙量子比特保真度，為量子計算的可靠性奠定了堅實的基礎(chǔ)。結(jié)合微軟量子比特虛擬化系統(tǒng)的先進診斷和錯誤糾正功能，我們成功實現(xiàn)了這一重大突破，引領(lǐng)著量子計算領(lǐng)域邁入更加穩(wěn)定、可靠的新階段。

展望未來：

邁向量子超級計算新紀元

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，將全球領(lǐng)先的NISQ硬件引入云端，讓量子技術(shù)觸手可及。為了進一步推動量子生態(tài)的發(fā)展，我們在Azure Quantum Elements預(yù)覽版中，將人工智能、量子計算和云HPC技術(shù)融為一體。我們利用這一平臺，設(shè)計并展示了一個端到端的工作流程，整合了包括Copilot、Azure計算與Quantinuum處理器上的量子算法，共同訓(xùn)練出用于屬性預(yù)測的AI模型。

今天，我們再次邁出堅實的一步，將量子硬件推向韌性階段。在不久的將來，基于這些邏輯量子比特的高級功能，將以預(yù)覽版的形式呈現(xiàn)給Azure Quantum Elements的用戶。

我們深知，量子技術(shù)的未來遠不止于此。因此，我們持續(xù)投入研發(fā)，致力于超越韌性階段，向量子超級計算邁進。Azure Quantum團隊已經(jīng)證明了拓撲方法的可行性，我們對未來充滿信心。在下一階段，我們期待能夠解決更多復(fù)雜問題，特別是在化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域，解鎖全新應(yīng)用，將量子計算與經(jīng)典超級計算和AI技術(shù)相結(jié)合，共同在Azure Quantum云平臺上創(chuàng)造無限可能。

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

[1] 資料信息:微軟與Quantinuum如何實現(xiàn)可靠的量子計算 ，

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