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Harvard & QuEra:96个逻辑量子比特的通用容错架构

日期: 2025-11-10 | LQ: 96

量子系统: Harvard Neutral-Atom Logical Processor

机构: Harvard University (Lukin Group)

哈佛大学Lukin研究组利用最多448个⁸⁷Rb中性原子的可重构阵列,同时运行96个逻辑量子比特,在单一平台上首次整合了临界值以下错误纠正、通用门操作和深度电路。

2025年11月10日,哈佛大学Mikhail Lukin教授课题组在《自然》(第649卷,第39–46页,2026年)发表了一项里程碑式成果:首次在单一平台上同时实现可扩展容错量子计算(FTQC)的三个核心条件——错误纠正、通用性和深度电路。该研究由哈佛大学、麻省理工学院、加州理工学院及NIST/马里兰大学的研究人员合作完成,QuEra Computing持有利益相关方身份。

利用由最多448个⁸⁷Rb原子构成的光镊可重构中性原子逻辑处理器,研究团队通过高效率[[16,6,4]]码(16个代码块×每块6个逻辑量子比特,由256个物理量子比特编码,开销约2.7:1)同时激活了96个逻辑量子比特。实现了以下三大核心突破:

  • 临界值以下错误纠正:将d=5表面码与机器学习解码器及原子损失探测相结合,实现每轮逻辑错误率0.62%,比d=3低2.14倍,证明了低于阈值的性能。原子损失事件被用作擦除信息以提升解码性能。
  • 通用容错门:利用三维Reed-Muller [[15,1,3]]码和横向传送(transversal teleportation)实现非Clifford T门,完成通用门集{H, T, CNOT}。随着T门数量增加,可合成角度间距呈指数级缩小的任意单量子比特旋转,与Solovay–Kitaev定理一致。
  • 恒熵深度电路:将一维光学晶格实现的无损自旋-位置转换读取与有限磁场中的一维偏振梯度冷却(PGC)相结合,实验循环速率提升约100倍(4毫秒循环)。电路中段量子比特复用使得[[7,1,3]] Steane码和[[16,6,4]]超立方体码的27层深度电路得以运行,同时通过横向传送保持恒定内部熵。

96个活跃逻辑量子比特实现约2.7:1的物理-逻辑量子比特比率,是迈向资源高效容错量子计算的重要一步。这些成果确立了下一代可扩展通用量子处理器设计的关键架构原则:与逻辑门同步的熵移除、物理纠缠的精准利用,以及传送作为通用性和物理错误消除的原生机制。

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