<p>中国研究人员在全球建设实用量子计算机的竞赛中迈出了重要一步，成为美国以外的首个团队——也是继谷歌之后全球第二个——跨越了一个关键阈值，这个阈值决定了这些机器是否能够在大规模下可靠工作。\n 由中国科学技术大学的潘建伟领导的团队表示，他们的超导量子计算机 “祖冲之 3.2” 已达到容错阈值——一个修复错误使系统更加稳定而不是不稳定的点，克服了一个长期存在的问题，即错误修正的过程本身会引入新的错误。\n 他们的研究上周发表在《物理评论快报》上，依赖于基于微波的控制，而不是谷歌使用的硬件密集型错误抑制方法。该团队在周一的声明中表示，中国的方法 “可能提供比谷歌更高效的途径” 来构建大型容错量子计算机。\n 加拿大滑铁卢大学的物理学家约瑟夫·埃默森（Joseph Emerson）表示，这项研究解决了量子计算中最困难的问题之一：量子比特（qubits）漂移出其预期状态，并在系统中悄然传播错误。\n 埃默森在美国物理学会的《物理》杂志上写道，这项实验是 “一项令人印象深刻的壮举”，同时警告说，它仍然远未达到实用、现实世界应用所需的规模。\n\n\n 量子计算机通过利用量子物理的法则，而不是普通计算机使用的简单开关逻辑来工作。理论上，这使它们能够在几分钟内处理某些任务——例如优化复杂系统或模拟分子——而这些任务今天的机器需要数千年才能完成。\n 然而，在实践中，量子计算机面临一个根本障碍：不稳定性。它们的基本构件，称为量子比特，对热、噪声和周围环境的微小干扰极为敏感，导致在正常操作过程中不断出现错误。\n 为了管理这一问题，科学家们开发了量子错误修正，它将信息分散到多个量子比特中，并反复检查问题。但这造成了一个悖论：每增加一个量子比特和每次额外检查也会引入新的错误来源。\n 多年来，纠正错误的尝试使系统变得不那么可靠，而不是更可靠。\n 这就是为什么研究人员专注于一个被称为错误修正阈值的关键临界点。在这个阈值以下，错误修正适得其反，产生的错误比消除的错误还要多。在这个阈值以上，平衡发生翻转，错误修正带来净收益，使系统在扩展时变得更加稳定。\n 中国和美国都早期投资于表面码量子错误修正，这是保护量子信息的最广泛研究的方法之一。在 2022 年，潘的团队使用早期的处理器 “祖冲之 2” 实现了一个最小的错误修正单元，称为距离-3 表面码逻辑量子比特，作为初步的原则证明。\n 次年，谷歌进一步推动了这一技术，达到了距离-5 表面码错误修正。但在这两种情况下，底层量子比特的相对高错误率阻止了系统真正跨越阈值。\n 这一情况在 2 月份发生了变化，谷歌报告了使用其 Willow 量子处理器的突破。通过使用直流脉冲抑制一种特别有害的错误类型——泄漏，谷歌成为全球首个实现距离-7 表面码逻辑量子比特在阈值以下运行的团队。\n 然而，这种方法对芯片设计施加了严格的限制，并且随着系统的扩展，需要在超低温环境中越来越复杂的布线，潘的团队表示。\n 在这项新研究中，中国研究人员采取了不同的路径。使用 107 量子比特的 “祖冲之 3.2” 处理器，他们开发了一种全微波方法来抑制泄漏错误，使用精确时序的微波信号，而不是额外的硬件控制。\n 将这种方法与表面码错误修正相结合，潘和同事们能够构建一个距离-7 逻辑量子比特，达到了谷歌最先进演示的规模。他们发现，随着系统规模的扩大，整体错误率下降而不是上升。\n 研究人员测量到的错误抑制因子为 1.4，这意味着每增加一个错误修正代码的大小，错误就减少而不是放大，这清楚地证明了系统在阈值以下运行。\n 他们表示，全微波方法在量子计算机规模扩大时可能提供实际优势。因为微波信号可以进行多路复用，允许多个信号沿着一根电线传输，这种方法可能减少布线复杂性和硬件开销，这两个是扩展量子处理器的主要障碍。\n 他们表示，综合来看，这些结果指向了一条更灵活且潜在更具可扩展性的途径，朝着拥有数十万甚至数百万量子比特的容错量子计算机迈进。</p>

<p>中国研究人员在潘建伟的带领下，凭借其超导量子计算机 Zuchongzhi 3.2 达到了容错阈值，取得了量子计算领域的里程碑。这使他们成为继谷歌之后，首个在美国以外实现这一目标的团队。他们采用基于微波控制的方法，为构建大型容错量子计算机提供了一个更高效的潜在路径。这一进展解决了量子比特漂移和错误传播的挑战，标志着全球量子计算竞赛中的重要一步</p>

<p>Chinese researchers have taken a major step in the global race to build practical quantum computers, becoming the first team outside the United States – and the second in the world after Google – to cross a key threshold that determines whether these machines can work reliably at scale.\nA team led by Pan Jianwei at the University of Science and Technology of China said their superconducting quantum computer, Zuchongzhi 3.2, had reached the fault-tolerant threshold – a point where fixing errors made the system more stable rather than less, overcoming a long-standing problem in which the very process of error correction introduces new mistakes.\nTheir research, published last week in the journal Physical Review Letters, relied on microwave-based control rather than the hardware-intensive error-suppression methods used by Google. The Chinese approach “could offer a more efficient route than Google’s” to building large, fault-tolerant quantum computers, the team said in a statement on Monday.\nJoseph Emerson, a physicist at the University of Waterloo in Canada who was not involved in the research, said the study tackled one of quantum computing’s most difficult problems: qubits drifting out of their intended states and quietly spreading errors through the system.\nWriting in the American Physical Society’s Physics magazine, Emerson described the experiment as “an impressive feat”, while cautioning that it remained far from the scale needed for practical, real-world applications.\n\n\nQuantum computers work by harnessing the laws of quantum physics rather than the simple on-off logic used by ordinary computers. In theory, this allows them to tackle certain tasks – such as optimising complex systems or simulating molecules – in minutes that would take today’s machines thousands of years to complete.\nIn practice, however, quantum computers face a fundamental obstacle: instability. Their building blocks, known as qubits, are extremely sensitive to heat, noise and tiny disturbances from their surroundings, causing errors to appear constantly during normal operation.\nTo manage this, scientists developed quantum error correction, which spreads information across many qubits and repeatedly checks for problems. But this creates a paradox: each extra qubit and each additional check also introduces new sources of error.\nFor years, attempts to correct mistakes made systems less reliable, not more.\nThat is why researchers focused on a critical tipping point known as the error-correction threshold. Below this threshold, error correction backfires and creates more mistakes than it removes. Above it, the balance flips and error correction delivers a net benefit, allowing systems to become more stable as they grow.\nChina and the US both began investing early in surface code quantum error correction, one of the most widely studied methods for protecting quantum information. In 2022, Pan’s team used an earlier processor, Zuchongzhi 2, to achieve a minimal error-correcting unit, known as a distance-3 surface code logical qubit, as an initial proof of principle.\nThe following year, Google pushed the technique further by achieving distance-5 surface code error correction. But in both cases, relatively high error rates in the underlying qubits prevented the systems from truly crossing the threshold.\nThat changed in February, when Google reported a breakthrough using its Willow quantum processor. By suppressing a particularly harmful class of errors known as leakage using direct current pulses, Google became the world’s first team to achieve a distance-7 surface code logical qubit operating below the threshold.\nThis approach, however, places tight constraints on chip design and requires increasingly complex wiring in ultra-low-temperature environments as systems scale up, according to Pan’s team.\nIn the new study, the Chinese researchers took a different path. Working with the 107-qubit Zuchongzhi 3.2 processor, they developed an all-microwave method to suppress leakage errors, using carefully timed microwave signals instead of additional hardware controls.\nCombining this approach with surface code error correction, Pan and coworkers were able to build a distance-7 logical qubit, matching the scale of Google’s most advanced demonstrations. They found that as the system grew larger, the overall error rate fell rather than rose.\nThe researchers measured an error-suppression factor of 1.4, meaning each increase in the size of the error-correction code reduced errors instead of amplifying them, which was clear evidence that the system was operating below the threshold.\nThey said that the all-microwave approach could offer practical advantages as quantum computers grow larger. Because microwave signals can be multiplexed, allowing multiple signals to travel along a single wire, the method might reduce wiring complexity and hardware overhead, two major obstacles to scaling quantum processors.\nTaken together, they said, the results pointed to a more flexible and potentially more scalable route towards fault-tolerant quantum computers with hundreds of thousands or even millions of qubits.\n</p>
<div class="lb-trans"><p>中国研究人员在全球建设实用量子计算机的竞赛中迈出了重要一步，成为美国以外的首个团队——也是继谷歌之后全球第二个——跨越了一个关键阈值，这个阈值决定了这些机器是否能够在大规模下可靠工作。\n 由中国科学技术大学的潘建伟领导的团队表示，他们的超导量子计算机 “祖冲之 3.2” 已达到容错阈值——一个修复错误使系统更加稳定而不是不稳定的点，克服了一个长期存在的问题，即错误修正的过程本身会引入新的错误。\n 他们的研究上周发表在《物理评论快报》上，依赖于基于微波的控制，而不是谷歌使用的硬件密集型错误抑制方法。该团队在周一的声明中表示，中国的方法 “可能提供比谷歌更高效的途径” 来构建大型容错量子计算机。\n 加拿大滑铁卢大学的物理学家约瑟夫·埃默森（Joseph Emerson）表示，这项研究解决了量子计算中最困难的问题之一：量子比特（qubits）漂移出其预期状态，并在系统中悄然传播错误。\n 埃默森在美国物理学会的《物理》杂志上写道，这项实验是 “一项令人印象深刻的壮举”，同时警告说，它仍然远未达到实用、现实世界应用所需的规模。\n\n\n 量子计算机通过利用量子物理的法则，而不是普通计算机使用的简单开关逻辑来工作。理论上，这使它们能够在几分钟内处理某些任务——例如优化复杂系统或模拟分子——而这些任务今天的机器需要数千年才能完成。\n 然而，在实践中，量子计算机面临一个根本障碍：不稳定性。它们的基本构件，称为量子比特，对热、噪声和周围环境的微小干扰极为敏感，导致在正常操作过程中不断出现错误。\n 为了管理这一问题，科学家们开发了量子错误修正，它将信息分散到多个量子比特中，并反复检查问题。但这造成了一个悖论：每增加一个量子比特和每次额外检查也会引入新的错误来源。\n 多年来，纠正错误的尝试使系统变得不那么可靠，而不是更可靠。\n 这就是为什么研究人员专注于一个被称为错误修正阈值的关键临界点。在这个阈值以下，错误修正适得其反，产生的错误比消除的错误还要多。在这个阈值以上，平衡发生翻转，错误修正带来净收益，使系统在扩展时变得更加稳定。\n 中国和美国都早期投资于表面码量子错误修正，这是保护量子信息的最广泛研究的方法之一。在 2022 年，潘的团队使用早期的处理器 “祖冲之 2” 实现了一个最小的错误修正单元，称为距离-3 表面码逻辑量子比特，作为初步的原则证明。\n 次年，谷歌进一步推动了这一技术，达到了距离-5 表面码错误修正。但在这两种情况下，底层量子比特的相对高错误率阻止了系统真正跨越阈值。\n 这一情况在 2 月份发生了变化，谷歌报告了使用其 Willow 量子处理器的突破。通过使用直流脉冲抑制一种特别有害的错误类型——泄漏，谷歌成为全球首个实现距离-7 表面码逻辑量子比特在阈值以下运行的团队。\n 然而，这种方法对芯片设计施加了严格的限制，并且随着系统的扩展，需要在超低温环境中越来越复杂的布线，潘的团队表示。\n 在这项新研究中，中国研究人员采取了不同的路径。使用 107 量子比特的 “祖冲之 3.2” 处理器，他们开发了一种全微波方法来抑制泄漏错误，使用精确时序的微波信号，而不是额外的硬件控制。\n 将这种方法与表面码错误修正相结合，潘和同事们能够构建一个距离-7 逻辑量子比特，达到了谷歌最先进演示的规模。他们发现，随着系统规模的扩大，整体错误率下降而不是上升。\n 研究人员测量到的错误抑制因子为 1.4，这意味着每增加一个错误修正代码的大小，错误就减少而不是放大，这清楚地证明了系统在阈值以下运行。\n 他们表示，全微波方法在量子计算机规模扩大时可能提供实际优势。因为微波信号可以进行多路复用，允许多个信号沿着一根电线传输，这种方法可能减少布线复杂性和硬件开销，这两个是扩展量子处理器的主要障碍。\n 他们表示，综合来看，这些结果指向了一条更灵活且潜在更具可扩展性的途径，朝着拥有数十万甚至数百万量子比特的容错量子计算机迈进。</p>
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中国的新量子计算机在稳定性方面取得了里程碑式的进展，效率上超过了谷歌