量子纠错(QEC)是一组用于保护量子信息免受退相干、门缺陷和测量噪声所致错误影响的技术。其关键难点在于:测量量子比特以检查错误会使其状态坍缩。QEC 通过将一个逻辑量子比特编码到多个物理量子比特上,并使用辅助(ancilla)量子比特进行症状测量,从而在不扰动编码数据的情况下揭示错误信息,来解决这一难题。表面码(surface code)是最流行的 QEC 码:它将 1 个逻辑量子比特编码到约 1000 个物理量子比特中,并能纠正低于约 1% 阈值的错误。容错量子计算(FTQC)需要 QEC 才能以任意低的错误率运行算法。由于所需的开销,当前的 NISQ 设备并不具备完整的 QEC。迈向 FTQC 的进展是 IBM、Google 和 Microsoft 的一个活跃研究领域。
相关术语
退相干(Decoherence)
Hardware当量子比特与其环境相互作用时量子特性的丧失。
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保真度(Fidelity)
Metrics量子保真度衡量实际量子态或量子门与理想目标的接近程度。数值 1 表示完全一致,它是比较量子硬件、门误差和读出质量的关键指标。
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NISQ
Hardware含噪中等规模量子(Noisy Intermediate-Scale Quantum)——具有 50–1000 个量子比特但没有完整纠错的设备。
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辅助量子比特(Ancilla Qubit)
Fundamentals在量子计算中用作辅助的附加量子比特,常用于错误检测或相位反冲。
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症状解码(Syndrome Decoding)
Error Correction把错误症状测量结果转化为具体纠正操作的经典计算过程。
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