量子計算最新突破 微軟與量子計算公司Quantinuum合作實現14000次實驗無錯誤

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，這也為未來的科學研究、技術創新開辟了新的方向。

在AI技術與數字化浪潮中，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、新材料設計等極端復雜問題時，傳統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），不同于傳統計算機的比特，它能夠同時處于0和1的狀態，從而實現指數級的并行計算。然而，量子計算的實現之路充滿挑戰，首要問題是量子比特的穩定性：由于量子系統的高度敏感性，微小的環境擾動都可能導致量子比特狀態的變化，從而引入計算誤差。因此，如何提升量子比特的穩定性，降低誤差率，是實現可靠量子計算的關鍵。

近日，量子計算領域取得了重大進展：通過結合微軟的量子比特虛擬化系統(qubit virtualization system)和Quantinuum的離子阱硬件技術(ion trap hardware)，成功實現了創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模量子（Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ）時代，向更具穩定性和可擴展性的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應用奠定了堅實的基礎。

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，實現了錯誤率降低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的重大突破，對于量子計算在科學探索與能源安全領域發揮長遠價值至關重要。這些顯著成果不僅彰顯了量子技術的巨大潛力，更為量子計算系統的持續研發與創新奠定了基礎?！?/p>

特拉維斯·漢伯博士

橡樹嶺國家實驗室量子科學中心主任

重大突破：

攻克量子誤差處理難題

我們迎來了量子計算領域的一個里程碑時刻，成功地從基礎階段躍升至韌性階段，這是行業的首次重大突破。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雜而富有意義的問題。

我們的量子比特虛擬化系統，結合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。該系統不僅展現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，不僅提升了量子計算的可靠性，也為整個行業帶來了重大突破。利用這一系統，我們成功運行了超過14000次單獨的實驗，沒有發生任何錯誤。

“量子錯誤糾正一直被視為理論上的挑戰，但微軟的中間層軟件在優化量子比特、降低錯誤率方面取得了顯著的進步，真正地將理論轉化為了實際應用?！?/p>

大衛·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系，共同致力于讓量子開發者能夠在離子阱量子比特技術上，輕松編寫和運行前沿的量子代碼。這種技術憑借卓越的高保真度、全連通性和中電路測量能力，在業界樹立了新的標桿。如今，Quantinuum憑借其卓越的量子體積表現，在業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在量子計算領域的合作達到了新的高度。憑借微軟尖端的錯誤糾正技術和Quantinuum世界領先的量子硬件，我們共同為量子應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?！?/p>

伊利亞斯·汗

Quantinuum創始人兼首席產品官

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。結合微軟量子比特虛擬化系統的先進診斷和錯誤糾正功能，我們成功實現了這一重大突破，引領著量子計算領域邁入更加穩定、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，將全球領先的NISQ硬件引入云端，讓量子技術觸手可及。為了進一步推動量子生態的發展，我們在Azure Quantum Elements預覽版中，將人工智能、量子計算和云HPC技術融為一體。我們利用這一平臺，設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，共同訓練出用于屬性預測的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，將以預覽版的形式呈現給Azure Quantum Elements的用戶。

我們深知，量子技術的未來遠不止于此。因此，我們持續投入研發，致力于超越韌性階段，向量子超級計算邁進。Azure Quantum團隊已經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雜問題，特別是在化學和材料科學等領域，解鎖全新應用，將量子計算與經典超級計算和AI技術相結合，共同在Azure Quantum云平臺上創造無限可能。

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

[1] 資料信息:微軟與Quantinuum如何實現可靠的量子計算 ，

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