福大成果入选“中国科学十大进展” 在量子纠错方面实现新突破

《自然》网站截图

近日，国家自然科学基金委员会发布了2023年度“中国科学十大进展”，主要涉及生命科学和医学、人工智能、量子、天文、化学能源等科学领域。其中，福州大学物理与信息工程学院郑仕标教授团队提出的“玻色编码纠错延长量子比特寿命”研究成果成功入选。

郑仕标教授提出了一种玻色码量子错误症状无损检测的新方法。与原有方法相比，其优点是检测过程对系统的扰动得到有效减轻，并且此方法可直接推广到高阶纠错码。南方科技大学的俞大鹏院士领导的小组利用该方案，在国际上首次实现了离散变量逻辑比特对盈亏平衡点的超越，研究成果《利用分离变量编码逻辑比特突破盈亏平衡点》发表于《自然》。

想知道为什么要进行量子纠错？那就得先提一下量子计算的应用。随着传统计算模式的增长正在趋近瓶颈，需要找到一个新的计算模式，来解决传统计算无法解决的问题。而这个新的计算模式，就是量子计算。量子计算机可以比传统计算机更有效地处理大量复杂的数据集。

可以想象一下，你正在建造世界上最高的摩天大楼，需要做建筑设备、原材料、劳动力以及合规要求的预算，让你的投资回报率最大化。而这个优化问题难倒了传统计算机，但量子计算机非常适合解决这个问题。

量子计算不仅能应用于日常通信，也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障，还可应用于国防、金融、商业等领域。

例如，在医疗保健领域，量子计算机可以帮助加快比较不同药物对一系列疾病的相互作用和影响的过程，以确定最佳药物；可以带来真正的个性化医疗，利用基因组学的先进技术为每个病人量身定制治疗计划。在农业领域，量子计算机可以帮助我们更有效地制造肥料。在人工智能领域，量子计算机可以帮助人工智能以类似人类的方式更有效地执行复杂的任务，比如使人形机器人能够在不可预知的情况下实时作出优化决策。

量子计算具有一些传统计算无可比拟的优越性，但要实现量子计算也存在障碍。

据了解，实现量子计算的最大障碍是量子系统与环境耦合所导致的消相干，其引起的错误会进一步导致量子信息的丢失。如何借助量子纠错码来保护逻辑量子比特（量子比特是量子计算机中处理信息的基本单位）是实现具有实际意义的量子算法的前提。

上述研究成果是向实用化可扩展通用量子计算和容错量子计算迈出了关键一步，并有望成为量子控制系统优化和量子纠错程序设计的实际指南，是我国科学家在量子纠错方面实现的新突破。简单来说，有了这个最新的量子纠错方式，有望为量子计算的发展、应用乃至我们的生活带来巨大的变化。

“中国科学十大进展”遴选活动自2005年启动，已成功举办19届。本次活动由国家自然科学基金委员会主办，国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心（基础研究管理中心）和科学传播与成果转化中心承办。经推荐、初选、终选、审议4个环节，由近100位相关学科领域专家从中遴选出30项成果；在此基础上，邀请包括中国科学院院士、中国工程院院士在内的2100多位基础研究领域高水平专家对30项成果进行投票，评选出10项重大科学研究成果；经国家自然科学基金委员会咨询委员会审议，最终确定入选2023年度“中国科学十大进展”的成果名单。（记者 梁凯鸿 徐文宇 通讯员 小福）