中国科学院院士、深圳市电子学会理事长俞大鹏带领团队在量子纠错领域取得里程碑重大突破

        2023年3月23日，中国科学院院士、深圳市电子学会理事长俞大鹏带领研究团队取得量子纠错领域里程碑式研究成果，在国际顶尖学术期刊《Nature》上发表了“Beating the break-even point with a discrete-veriable-encoded logical qubit”学术论文。在中国科学院院士、深圳市电子学会理事长俞大鹏带领下，深圳量子研究院超导量子计算实验室的助理研究员徐源课题组联合福州大学教授郑仕标、清华大学副教授孙麓岩等组成的研究团队，通过实时重复的量子纠错过程，延长了量子信息的存储时间，相关结果超过编码逻辑量子比特的物理系统中不纠错情况下的最好值，这是我国科学家在量子纠错领域的最新研究成果。

虽然近些年基于超导量子线路系统的量子信息处理技术研究取得了飞速的发展，但量子控制的错误率仍然远高于经典数字电子计算机，因此想要构建具有实用价值的通用量子计算机仍然非常困难。量子纠错被普遍认为是通向实用化通用可容错量子计算机的必经之路，这是因为量子纠错可以有效的保护量子信息避免受到环境中噪声的干扰和影响，进而延长量子信息的存储时间和提高量子操控精度。

       目前，我国量子领域发展迅速，但一些关键技术仍被欧美等国家技术封锁，国内量子设备用户多、而设备研发少，缺乏核心科研设备。虽然做量子的人比较多，但真正有自己核心技术和竞争力的并不多见。在传统的量子纠错方案编码中，一个逻辑量子比特需要多个冗余的物理比特，不但需要巨大的硬件资源成本，发生错误的通道数也随比特数增加而显著增多，可能呈现“越纠越错”的局面，导致量子纠错后的效果远未达到不纠错情况下的最好值，无法产生正的量子纠错增益。这成为当前量子纠错技术无法实用化、可扩展发展的核心瓶颈。

        为攻克上述难题，中国科学院院士、深圳市电子学会理事长俞大鹏带领的联合研究团队迎难而上，攻坚克难，联合研究团队利用微波简谐振子或玻色模式系统中的无穷维希尔伯特空间，实现量子信息的冗余编码与量子纠错。在超导量子线路系统中，基于玻色编码的量子纠错方案具有错误类型简单、错误探测方便、相干性能好、硬件更高效、反馈控制易实现等优点。本研究工作中，研究团队通过开发高相干性能的量子系统，设计和实现低错误率的错误症状探测方法，以及改进和优化量子纠错技术等实验手段，最终在玻色模式中实现了基于离散变量的二项式编码的逻辑量子比特，并通过实时重复的量子纠错过程，延长了量子信息的存储时间，相关结果首次超过该系统中不纠错情况下的最好值，也就是突破了盈亏平衡点。这也是国际上首次通过主动的重复错误探测和纠错过程实现延长量子信息的存储时间超越盈亏平衡点，向实用化可扩展通用量子计算迈出了关键一步，具有里程碑式的重要意义。

该研究工作得到了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委和南方科技大学等单位的大力支持。深圳量子科学与工程研究院是深圳科技创新行动计划首批启动建设的十大基础研究机构之一，是深圳市委、市政府落实国家科技创新战略规划，开展战略新兴产业技术研究布局的重要举措之一。研究院围绕国家量子科技优先发展的战略定位，由深圳市科创委专项支持、依托南方科技大学建设,于2018年1月挂牌建立，院长为中国科学院俞大鹏院士，量子科学与工程研究院立足于国家量子科技优先发展战略国策，努力建成为国际一流的量子科技研究机构。通过大力发展量子科技基础研究、培育量子科技产业链，构筑量子信息产业发展的深圳优势，确立深圳市在全球未来信息科技革命中的主导地位。

       深圳市电子学会也在理事长俞大鹏的带领下，致力于做好服务政府、服务企业、服务科技工作者的工作，努力推动深圳科技创新和产业发展，助力深圳电子信息产业转型升级，为深圳“双区”建设贡献力量。