<p>中國研究人員在全球建設實用量子計算機的競賽中邁出了重要一步，成為美國以外的首個團隊——也是繼谷歌之後全球第二個——跨越了一個關鍵閾值，這個閾值決定了這些機器是否能夠在大規模下可靠工作。\n 由中國科學技術大學的潘建偉領導的團隊表示，他們的超導量子計算機 “祖沖之 3.2” 已達到容錯閾值——一個修復錯誤使系統更加穩定而不是不穩定的點，克服了一個長期存在的問題，即錯誤修正的過程本身會引入新的錯誤。\n 他們的研究上週發表在《物理評論快報》上，依賴於基於微波的控制，而不是谷歌使用的硬件密集型錯誤抑制方法。該團隊在週一的聲明中表示，中國的方法 “可能提供比谷歌更高效的途徑” 來構建大型容錯量子計算機。\n 加拿大滑鐵盧大學的物理學家約瑟夫·埃默森（Joseph Emerson）表示，這項研究解決了量子計算中最困難的問題之一：量子比特（qubits）漂移出其預期狀態，並在系統中悄然傳播錯誤。\n 埃默森在美國物理學會的《物理》雜誌上寫道，這項實驗是 “一項令人印象深刻的壯舉”，同時警告説，它仍然遠未達到實用、現實世界應用所需的規模。\n\n\n 量子計算機通過利用量子物理的法則，而不是普通計算機使用的簡單開關邏輯來工作。理論上，這使它們能夠在幾分鐘內處理某些任務——例如優化複雜系統或模擬分子——而這些任務今天的機器需要數千年才能完成。\n 然而，在實踐中，量子計算機面臨一個根本障礙：不穩定性。它們的基本構件，稱為量子比特，對熱、噪聲和周圍環境的微小干擾極為敏感，導致在正常操作過程中不斷出現錯誤。\n 為了管理這一問題，科學家們開發了量子錯誤修正，它將信息分散到多個量子比特中，並反覆檢查問題。但這造成了一個悖論：每增加一個量子比特和每次額外檢查也會引入新的錯誤來源。\n 多年來，糾正錯誤的嘗試使系統變得不那麼可靠，而不是更可靠。\n 這就是為什麼研究人員專注於一個被稱為錯誤修正閾值的關鍵臨界點。在這個閾值以下，錯誤修正適得其反，產生的錯誤比消除的錯誤還要多。在這個閾值以上，平衡發生翻轉，錯誤修正帶來淨收益，使系統在擴展時變得更加穩定。\n 中國和美國都早期投資於表面碼量子錯誤修正，這是保護量子信息的最廣泛研究的方法之一。在 2022 年，潘的團隊使用早期的處理器 “祖沖之 2” 實現了一個最小的錯誤修正單元，稱為距離-3 表面碼邏輯量子比特，作為初步的原則證明。\n 次年，谷歌進一步推動了這一技術，達到了距離-5 表面碼錯誤修正。但在這兩種情況下，底層量子比特的相對高錯誤率阻止了系統真正跨越閾值。\n 這一情況在 2 月份發生了變化，谷歌報告了使用其 Willow 量子處理器的突破。通過使用直流脈衝抑制一種特別有害的錯誤類型——泄漏，谷歌成為全球首個實現距離-7 表面碼邏輯量子比特在閾值以下運行的團隊。\n 然而，這種方法對芯片設計施加了嚴格的限制，並且隨着系統的擴展，需要在超低温環境中越來越複雜的佈線，潘的團隊表示。\n 在這項新研究中，中國研究人員採取了不同的路徑。使用 107 量子比特的 “祖沖之 3.2” 處理器，他們開發了一種全微波方法來抑制泄漏錯誤，使用精確時序的微波信號，而不是額外的硬件控制。\n 將這種方法與表面碼錯誤修正相結合，潘和同事們能夠構建一個距離-7 邏輯量子比特，達到了谷歌最先進演示的規模。他們發現，隨着系統規模的擴大，整體錯誤率下降而不是上升。\n 研究人員測量到的錯誤抑制因子為 1.4，這意味着每增加一個錯誤修正代碼的大小，錯誤就減少而不是放大，這清楚地證明了系統在閾值以下運行。\n 他們表示，全微波方法在量子計算機規模擴大時可能提供實際優勢。因為微波信號可以進行多路複用，允許多個信號沿着一根電線傳輸，這種方法可能減少佈線複雜性和硬件開銷，這兩個是擴展量子處理器的主要障礙。\n 他們表示，綜合來看，這些結果指向了一條更靈活且潛在更具可擴展性的途徑，朝着擁有數十萬甚至數百萬量子比特的容錯量子計算機邁進。</p>

<p>中國研究人員在潘建偉的帶領下，憑藉其超導量子計算機 Zuchongzhi 3.2 達到了容錯閾值，取得了量子計算領域的里程碑。這使他們成為繼谷歌之後，首個在美國以外實現這一目標的團隊。他們採用基於微波控制的方法，為構建大型容錯量子計算機提供了一個更高效的潛在路徑。這一進展解決了量子比特漂移和錯誤傳播的挑戰，標誌着全球量子計算競賽中的重要一步</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>中國研究人員在全球建設實用量子計算機的競賽中邁出了重要一步，成為美國以外的首個團隊——也是繼谷歌之後全球第二個——跨越了一個關鍵閾值，這個閾值決定了這些機器是否能夠在大規模下可靠工作。\n 由中國科學技術大學的潘建偉領導的團隊表示，他們的超導量子計算機 “祖沖之 3.2” 已達到容錯閾值——一個修復錯誤使系統更加穩定而不是不穩定的點，克服了一個長期存在的問題，即錯誤修正的過程本身會引入新的錯誤。\n 他們的研究上週發表在《物理評論快報》上，依賴於基於微波的控制，而不是谷歌使用的硬件密集型錯誤抑制方法。該團隊在週一的聲明中表示，中國的方法 “可能提供比谷歌更高效的途徑” 來構建大型容錯量子計算機。\n 加拿大滑鐵盧大學的物理學家約瑟夫·埃默森（Joseph Emerson）表示，這項研究解決了量子計算中最困難的問題之一：量子比特（qubits）漂移出其預期狀態，並在系統中悄然傳播錯誤。\n 埃默森在美國物理學會的《物理》雜誌上寫道，這項實驗是 “一項令人印象深刻的壯舉”，同時警告説，它仍然遠未達到實用、現實世界應用所需的規模。\n\n\n 量子計算機通過利用量子物理的法則，而不是普通計算機使用的簡單開關邏輯來工作。理論上，這使它們能夠在幾分鐘內處理某些任務——例如優化複雜系統或模擬分子——而這些任務今天的機器需要數千年才能完成。\n 然而，在實踐中，量子計算機面臨一個根本障礙：不穩定性。它們的基本構件，稱為量子比特，對熱、噪聲和周圍環境的微小干擾極為敏感，導致在正常操作過程中不斷出現錯誤。\n 為了管理這一問題，科學家們開發了量子錯誤修正，它將信息分散到多個量子比特中，並反覆檢查問題。但這造成了一個悖論：每增加一個量子比特和每次額外檢查也會引入新的錯誤來源。\n 多年來，糾正錯誤的嘗試使系統變得不那麼可靠，而不是更可靠。\n 這就是為什麼研究人員專注於一個被稱為錯誤修正閾值的關鍵臨界點。在這個閾值以下，錯誤修正適得其反，產生的錯誤比消除的錯誤還要多。在這個閾值以上，平衡發生翻轉，錯誤修正帶來淨收益，使系統在擴展時變得更加穩定。\n 中國和美國都早期投資於表面碼量子錯誤修正，這是保護量子信息的最廣泛研究的方法之一。在 2022 年，潘的團隊使用早期的處理器 “祖沖之 2” 實現了一個最小的錯誤修正單元，稱為距離-3 表面碼邏輯量子比特，作為初步的原則證明。\n 次年，谷歌進一步推動了這一技術，達到了距離-5 表面碼錯誤修正。但在這兩種情況下，底層量子比特的相對高錯誤率阻止了系統真正跨越閾值。\n 這一情況在 2 月份發生了變化，谷歌報告了使用其 Willow 量子處理器的突破。通過使用直流脈衝抑制一種特別有害的錯誤類型——泄漏，谷歌成為全球首個實現距離-7 表面碼邏輯量子比特在閾值以下運行的團隊。\n 然而，這種方法對芯片設計施加了嚴格的限制，並且隨着系統的擴展，需要在超低温環境中越來越複雜的佈線，潘的團隊表示。\n 在這項新研究中，中國研究人員採取了不同的路徑。使用 107 量子比特的 “祖沖之 3.2” 處理器，他們開發了一種全微波方法來抑制泄漏錯誤，使用精確時序的微波信號，而不是額外的硬件控制。\n 將這種方法與表面碼錯誤修正相結合，潘和同事們能夠構建一個距離-7 邏輯量子比特，達到了谷歌最先進演示的規模。他們發現，隨着系統規模的擴大，整體錯誤率下降而不是上升。\n 研究人員測量到的錯誤抑制因子為 1.4，這意味着每增加一個錯誤修正代碼的大小，錯誤就減少而不是放大，這清楚地證明了系統在閾值以下運行。\n 他們表示，全微波方法在量子計算機規模擴大時可能提供實際優勢。因為微波信號可以進行多路複用，允許多個信號沿着一根電線傳輸，這種方法可能減少佈線複雜性和硬件開銷，這兩個是擴展量子處理器的主要障礙。\n 他們表示，綜合來看，這些結果指向了一條更靈活且潛在更具可擴展性的途徑，朝着擁有數十萬甚至數百萬量子比特的容錯量子計算機邁進。</p>
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中國的新量子計算機在穩定性方面取得了里程碑式的進展，效率上超過了谷歌