科学家们使用一种新的错误纠正策略对70个逻辑量子比特进行编码，以解决一个被认为在经典上难以处理的问题。这项量子计算在大约15分钟内完成，而领先的经典计算方法需要徒劳的时间来执行相同的任务。IBM和芝加哥大学的研究人员宣布了一项满足量子优势关键标准的量子计算演示。该实验进行了一个超出领先经典仿真技术实际可达到的计算，同时还提供了量子计算机产生可靠结果的证据。在一篇新的论文中，标题为“以可验证的高保真度对抗难度电路采样”，研究人员描述了他们如何通过新设计的编码量子电路实现这两个目标。这项工作代表了迄今为止报道的最大规模逻辑量子计算演示之一。这些电路和实验结果通过量子优势跟踪器也已公开提供。量子结果为何如此难以验证研究人员长期以来使用一种称为随机电路采样（RCS）的基准来探讨量子计算机是否能够超越传统机器。简而言之，RCS挑战量子计算机生成复杂到经典计算机无法高效重现的模式。这使得基准在测试经典仿真的极限时非常有用，但同时也带来了一个重大问题。一旦量子计算变得过于复杂，经典计算机无法重现，验证量子机器实际产生正确结果的难度也随之增加。最终，检查答案本身也可能变得不可行，除非研究人员对量子计算机的内部行为做出强假设。IBM和芝加哥大学的团队通过开发一种更结构化的替代方案来解决此验证问题。研究人员证明，他们的方法保留了与RCS相关的相同计算难度标准，这意味着该问题对经典计算机仍然极其困难。同时，附加的结构使错误在量子计算过程中能够被检测到。“验证仍然是坚定建立实验量子优势的最大挑战之一，”芝加哥大学副教授Bill Fefferman表示。“本实验开发的技术可以更好地表征噪声下困难量子态的保真度，从而增加对量子计算机解决计算困难问题的信心。”芝加哥大学Fefferman团队的博士生Soumik Ghosh补充道：“除了增强实验验证外，验证方面的进展有潜力为下一代量子计算机解锁实际应用。” 70个逻辑量子比特的更低错误率该实验还包括世界上已知最大的量子错误纠正演示之一。研究人员操作了70个逻辑量子比特。与独立的物理量子比特不同，逻辑量子比特以某种方式编码，以帮助保护量子信息免受错误和噪声的影响。利用这些逻辑量子比特，团队进行了2415次逻辑双量子比特操作和468次逻辑“T门”操作，这是反映量子电路复杂度的两个指标。编码设计显著提高了可靠性。有效的逻辑错误率比底层物理错误率低10倍，使电路在执行大量量子操作时仍能保持异常高的保真度。IBM表示量子优势已经进入新阶段“我们现在已经坚定地进入量子优势时代，”IBM研究总监兼IBM等会士Jay Gambetta表示。“我们展示了一个超出经典计算机实际可达到的量子计算，这在统计上建立了对其执行的保真度的下界。这一里程碑为科学家、开发者和企业提供了一个新的基础，以信任量子计算机，因为它们可以解决远远超出我们经典计算所能实现的问题。”研究人员发现，许多领先的经典仿真方法在尝试相同任务时面临不可接受的运行时间。相比之下，IBM量子计算机大约在15分钟内完成了计算。朝着更大、更值得信赖的量子计算机迈进速度只是量子计算在大规模下变得有用的一部分。研究人员还需要方法来压制错误，并建立对量子系统产生有效结果的信心。这一实验通过结合大规模逻辑量子计算与评估已超出实际经典仿真的计算可靠性的方法，同时推进这两个目标。错误纠正和可信验证被视为扩展量子计算机所必需的。