量子计算作为颠覆性技术,其发展面临的核心瓶颈在于量子比特的脆弱性。
由于环境噪声和操作误差的干扰,未经纠错的量子系统难以维持稳定运行。
表面码作为当前最成熟的纠错方案,虽能通过增加物理比特数量(码距)降低逻辑错误率,但传统技术路线存在"纠错成本高于收益"的困境——当物理比特原始错误率过高时,扩大码距反而会导致"越纠越错"。
研究团队指出,泄漏错误是制约纠错效能的关键因素。
这种使量子比特脱离计算能级的错误类型,会随着系统规模扩大形成累积效应。
国际学界普遍认为,只有将系统整体精度提升至"纠错阈值"以下,才能实现真正的正向纠错收益。
2025年谷歌团队虽在码距7表面码上突破阈值,但其直流脉冲技术存在架构约束强、低温布线复杂等局限性。
中国科大团队创新性地提出全微波量子态泄漏抑制架构,在保持"祖冲之3.2号"处理器原有高精度门操作和长相干时间优势基础上,成功实现码距7表面码的逻辑比特稳定控制。
实验数据显示,该系统逻辑错误率随码距增加呈显著下降趋势,错误抑制因子达1.4,标志着我国成为全球少数掌握"低于阈值"纠错技术的国家。
技术路径的突破性在于:全微波架构利用频分复用特性,大幅降低了硬件资源消耗。
与需要单独控制线路的传统方案相比,新方法在百万比特级扩展时,可减少90%以上的控制线数量,显著提升系统可扩展性。
该成果不仅验证了表面码方案在大规模量子处理器上的可行性,更开辟了一条具有中国特色的技术发展路径。
前瞻分析表明,此次突破使我国在量子纠错领域实现从"跟跑"到"并跑"的关键跨越。
据测算,采用全微波控制方案的下一代处理器,有望在3-5年内实现千比特级逻辑量子比特的容错操控,为金融建模、药物研发等领域的量子应用提供算力支撑。
中国科学院院士潘建伟表示,团队正着手构建集成度更高的"祖冲之4.0"系统,进一步探索量子纠错与实用化计算的衔接路径。
量子计算的产业化道路,既是科学问题的突破,也是工程体系的长跑。
此次在纠错阈值之下实现“越纠越对”,为我国推进容错量子计算提供了更坚实的技术支点。
面向未来,唯有在核心器件、控制架构与系统集成上持续形成可验证、可复制、可扩展的方案,才能把阶段性优势转化为面向应用的长期能力,在新一轮科技竞争中赢得更主动的战略空间。