在于麻烦，到数千个量子比特施行数10亿次逻辑运算或“门”很多处理有用问题的方案都需要量子计较机对数百。个门最多犯一个错误这要求他们每10亿。1000个门就会犯错然而今天最好的机械每。之间的庞大差距面临理论和实践，算将仍然只是科学的猎奇心晚期的物理学家担忧量子计。

　　错方式一样与典范的纠，噪声的物理性质成功与否取决于。计较机来说对于量子，情况纠缠时当设备与，现错误就会出。算机工作要使计，必需足够小物理错误率。有一个阈值这个错误率。阈值时低于此，正错误能够更，概率肆意降低使计较失败的。一点上在这，我们改正错误的速度要快硬件引入错误的速度比。有序和无序形态之间的相变这种行为的改变素质上是。凝结态物理学家作为一名理论，大部门时间都在研究量子相变Nazario的职业生活生计。

　　代码新的，六边形码称为重，代码Bacon-Shor码的特征连系了概况码和另一种基于网格的。子比特的量子比特必需作为中介来识别发生了哪些错误代码中较低的量子比特毗连性意味着一些称为标识表记标帜量，微复杂一些导致电路稍，阈值稍微低一些因而成功的错误，衡是值得的可是这种权。

　　最根基的概念之一纠错是消息手艺中。不成避免的错误可能是，能够修复的但它们也是。

　　赖于在超导线电路中流动的振荡电流超导transmon量子比特依。应于分歧的电荷叠加量子比特0和1值对。比特进行操作为了对量子，使用微波能量脉冲团队在特定频次下。：在制造量子比特时会设置频次在选择频次方面有必然的矫捷性，特选择分歧的频次为分歧的量子比，零丁寻址以便可以或许。在于问题，偏离预期值频次可能，在频次上堆叠或者脉冲可能，可能会改变一个相邻量子比特的值因而一个用于一个量子比特的脉冲。个量子比特相连）导致了太多如许的频次冲突概况码的稠密网格（每个量子比特与其他四。

　　特毗连到更少的邻人来处理这个问题IBM团队决定通过将每个量子比。eavy hex）结构——看起来像卡坦游戏棋盘的假寓者由此发生的网格由六边形构成——称之为“重六边形”（h，是棋盘而不。局削减了碰撞的频次好动静是重六边形布。种结构有价值可是为了使这，开辟一种新的纠错代码IBM理论团队必需。

　　题有待处理还有一个问。很大的开销：改正更多的错误意味着建立更大的代码具有于二维平面上而且仅包含比来邻毗连的代码具有，比特来建立单个逻辑量子比特这需要利用更多的物理量子。硬件来暗示不异数量的数据这种设置需要更多的物理，子比特以击败错误阈值变得愈加坚苦而更多的硬件使得建立足够好的量。

　　ane的工作是如斯主要的冲破要理解为什么Shor和Ste，恰是若何起感化的想想通俗的错误纠。如例，以生成消息的备份副本一个简单的纠错代码可，如例，0暗示0用00，1暗示1用11。样这，读出一个010若是你的计较机，值可能是0它晓得原始。率足够低当错误，个比特副本损坏时以致于最多有一，码就会成功如许的代。件尽可能靠得住工程师使硬，消弭任何残留的错误然后添加一层冗余来。

　　如例，子处置器中的噪声若是你能够描述量，中无效模仿的噪声电路中进修它或者从一组能够在典范计较机，近似抱负量子电路的输出你能够利用这些学问来。成噪声电路的和把这个电路想象，据噪声学问计较的权重每个电路都有一个根。运转电路或多次，变噪声值每次改。后然，取成果能够获，毗连起来将这些点，误时你所期望的成果并揣度出系统无错。

　　理论令人信服概况码背后的，BM起头摸索它们时但当研究人员在I，地领会超导量子比特是若何工作的碰到了挑战：理解这些需要更多。

　　可以或许施行任何可能的计较操作一台有用的量子计较机必需。算的常见曲解和误导消息的根源忽略这一要求是很多关于量子计。言之简而，是计较机——很多更像是只能施行特定使命的计较机械并非所有被人们称为量子“计较机”的设备现实上都。

　　系统中在这些，个晶格布局中粒子毗连在一，形态高度纠缠其最低能量。统处于更高能量形态这些错误对应于系，激发称为。是肆意子这些激发。着拓扑码的降生这个系统标记，一种联系：因为噪声估计会在网格的局部起感化并由此在凝结态物理和量子纠错之间成立了另，有局部激发而拓扑码具，护量子消息的首选方案因而它们很快成为保。

　　有两个选择量子工程师。比特和门）作为更简单架构的成天性够接管较大的开销（额外的量子，影响成本的分歧要素并勤奋领会和优化。者或，找更好的代码能够继续寻。如例，编码成更少的物理量子比特为了将更多的逻辑量子比特，更远的量子比特彼此感化大概该当答应量子比特与，近的邻人彼此感化而不只仅是与最，更高维度的网格或者进入三维或。研究这两种选择理论团队正在。

　　rio是一名物理学家Zaira Naza，量子计较工作在IBM处置，并没有从那里起头但她的职业生活生计。是一名凝结态理论学家Nazario最后，量子力学行为研究材料的，超导性例如；在美国国务院的科学政策工作后来Nazario中缀了，A)和谍报高级研究打算局(IARPA)接着去了国防高级研究打算局(DARP。那里在，本道理来开辟新手艺试牟利用大天然的基。

　　工具都是强制性的一切不被禁止的，物理定律这是一条。此因，可避免的错误是不。烹调、交换、图像处置它们无处不在：言语、，有计较当然还。能够让社会继续运转缓解和改正这些问题。一张DVD你能够刮擦，以播放它但仍然可。会恍惚或破损二维码可能，然可读但仍。像能够传布数亿英里来自太空探测器的图，起来清晰但仍然看。

　　理学家发觉可是很快物，是那么深邃肆意子不；实上事，界的现象有联系它们与现实世。现实手艺需求的改变为了完成从理论到，v认识到肆意子是量子计较的一个有用公式加州理工学院的Alexei Kitae。粒子系统作为量子纠错码他进一步提出用特定多。

　　样合用于量子计较机这个必然性定律同。则来处理典范计较机难以处理的问题这种新兴机械操纵物理学的根基规，影响可能是深远的对科学和贸易的。量子计较机遇呈现典范计较机所不晓得的错误可是跟着强大的力量而来的是庞大的懦弱性：，无法修复这些错误而尺度批改手艺也。

　　了纯魔法态一旦你有，过程使它与数据量子比特彼此感化你就能够利用一种叫做隐形传态的，非Clifford门会发生的新形态这种过程将数据量子比特的形态转移到。程中被耗损掉了魔法态在这个过。

　　有这些问题为领会决所，用辅助量子比特量子纠错策略使。与原始量子比特纠缠在一路一系列的门将辅助量子比特，传送给辅助量子比特无效地将噪声从系统。助量子比特然后丈量辅，消息来识别错误这供给了足够的，所关怀的系统而无需接触，修复错误因而能够。

　　量子计较机的主要工作这告诉我们一些关于。的出格之处在于叠加和纠缠若是你听到有人说量子计较，心当！和纠缠态都是特殊的并不是所有的叠加态。组横向门实现的有些是通过一，ifford组我们称之为Cl。ford门就能够无效地模仿量子计较一台典范计较机只需要利用Clif。lifford门你需要的长短C，是横向的这往往不，典范模仿难以进行。

　　995年改变了这场游戏在1，Andrew Steane独登时开辟了量子纠错贝尔尝试室的Peter Shor和牛津大学的。比特的消息传布到多个物理量子比特上他们展现了物理学家若何将单个量子，建立靠得住的量子计较机从而用不靠得住的组件。特的质量足够高只需物理量子比，于某个阈值错误率低，积更快的速度去除错误我们就能够以比错误累。

　　还处于晚期阶段那时量子计较机。ioff早在1980年就提出了这种设法虽然阿贡国度尝试室的Paul Ben，20年才造出第一个但物理学家们花了近。了十年又过，07年在20，根基数据单位他们发了然，他公司量子计较机的根本作为IBM、谷歌和其，量子比特”称为“超导。：在IARPA协助运转了几个量子计较研究项目Nazario在超导方面的经验俄然很受接待，了IBM后来插手。

　　子门都是横向的若是所有的量，变得简单糊口就会。本定理表白但一个基，用横向门来施行通用计较没有量子纠错码能够仅使。或量子纠错中具有一切我们不成能在糊口中。

　　方式很伶俐虽然这种，很是昂扬但成本也。的概况码对于尺度，99%的合计算量魔法态提取耗损了。然显，或规避对魔法态提取的需求我们需要一些方式来改善。同时与此，们在嘈杂的量子计较机上的能力我们能够通过削减误差来提高我。修复计较中的错误(需要额外的量子比特)错误缓解不是试图设想一个量子电路来及时，尝试成果中进修噪声的贡献并将其消弭而是利用一台典范计较机从有噪声的。外的量子比特你不需要额，电路和引入更多典范处置的价格可是你必需付出运转更多量子。

　　yi开辟的“魔法态提取”（magic state distillation）我们实现不受噪声影响的非Clifford门的最佳技巧是Kitaev和Brav。叫做魔法态的特殊资本若是你能够拜候一个，门来实现非Clifford门你能够只利用Clifford。而然，净——只要很少的错误那些魔法态必需很是纯。ravyi认识到Kitaev和B，环境下在某些，杂的魔法态起头能够从一组嘈，lifford门曾经纠错)和丈量来检测和改正错误通过仅利用完满的Clifford门(这里假设C，提取出来将它们，但更纯的魔法态最终获得更少。个提取过程多次反复这，态中获得一个纯的魔法态你就能从很多嘈杂的状。

　　比特和量子纠错的曲解和误导消息的根源轻忽对通用计较的需求也是关于逻辑量子。息不犯错是一个起头庇护存储器中的信，还不敷但这。通用的量子门我们需要一组，子物理学答应的任何门足够丰硕且能够施行量；对错误具有鲁棒性然后需要使这些门。得坚苦的处所这就是工作变。

　　无效的方式来处置错误为了向前成长并设想更，有一个慎密的反馈路径在硬件和理论之间必需。纠错码顺应机械的工程束缚理论家需要使量子电路和。码的需求来设想系统工程师该当环绕纠错。把握这些理论和工程衡量量子计较机的成功取决于。

　　子计较方面阐扬了感化我很骄傲本人在塑造量，两个量子比特设备的演示范畴从一个基于尝试室的一个和，几十个量子比特的量子系统的范畴到任何人都能够通过云拜候具有。良多工作要做可是我们还有。子计较的益处要想获得量，能少的额外量子比特和门修复残剩毛病的纠错码需要在错误阈值以下运转的硬件、可以或许用尽可，缓解的更好的方式以及连系纠错和。继续前进我们必需，有写完计较史由于我们还没。

　　有局限性这些手艺。用于所有算法它们并不适，们合用即便它，目前为止合用它们也只是到。合起来会发生一个强大的联盟可是将错误缓解与错误改正结。团队比来表白IBM的理论，和对非Clifford门利用错误缓解通过对Clifford门利用错误改正，们模仿通用量子电路这种方式能够答应我，魔法态提取而不需要。子计较机实现超越典范计较机的劣势这个成果也可能让我们用更小的量。队估量该团，定组合能够让你模仿电路错误缓解和错误改正的特，是保守计较机所能处置的40倍非Clifford门的数量。

　　BM在I，个相连的量子比特之间的运算Nazario努力于改良多，何批改错误并摸索如。现象来组合量子比特通过一种纠缠量子，存储大量消息他们能够集体，计较机比特所能存储的消息远远跨越不异数量的通俗。是以波的形式具有的由于量子比特形态，光波一样彼此干扰所以它们能够像，转比特丰硕得多的前景从而为计较带来比翻。够极其高效地施行某些功能这些能力使量子计较机能，的使用：模仿天然并可能加快普遍，计新材料研究和设，特征以改善机械进修揭示数据中的躲藏，找到更节能的催化剂或为工业化学过程。

　　称为概况码和颜色码拓扑码的两个例子被。rgey Bravyi建立的概况码是由Kitaev和Se。比特在二维网格上交替陈列它的特点是数据和辅助量子，的口角网格就像棋盘上。

　　今如，改良纠错码的方式他们正在继续研究，、更普遍的错误以及硬件的限制以便它们可以或许处置更高的错误率。被称为拓扑量子码最风行的纠错码。追溯到1982年它们的发源能够，zek提出宇宙中可能包含一种全新的粒子其时麻省理工学院的Frank Wilc。动量要么是整数已知类型的角，半奇整数要么是，分歧与之，是介于两者之间的数值新类型的角动量能够。子”（anyon）他称它们为“肆意，的现实使用似乎很遥远并警告说“这些现象。”

　　—它们属于横向门的范围有些门很容易防止犯错—。解这些门为了理，护的消息单位)和物理量子比特(硬件级设备考虑两个条理的描述：逻辑量子比特(错误保，工作配合，辑量子比特)编码和庇护逻。护的单量子比特横向门为了施行一个错误保，特的物理量子比特上施行该门你需要在所有编码逻辑量子比。间操作一个错误庇护的横向门为了在多个逻辑量子比特之，物理量子比特之间操作这个门你要在逻辑量子比特中响应的。物理量子比特块(block)你能够把逻辑量子比特看作两个，A和块B称为块。错误庇护）横向门为了实现逻辑（即，块B的量子比特1之间的门你对块A的量子比特1和，B的量子比特2之间的门块A的量子比特2和块，类推依此。量子比特彼此感化由于只要响应的，块的错误数不变横向门连结每个，节制之下并处于。

　　而然，纠错方式使用于量子计较机目前尚不清晰若何将典范的。收集关于它们的消息我们需要通过丈量来。题是问，量量子比特若是你测，态坍缩——也就是说你能够使它们的状，在此中的量子消息你能够粉碎编码。外此，会有错误之外除了翻转比特，计较机中在量子，波的相位也具有错误描述量子比特形态的。