谷歌量子计算团队再发Nature！逻辑错误抑制实现100倍增长，或为容错量子计算机研发铺平道路( 二 ) 撰文：库珀编审：寇建超谈起

研究人员此次在测量过程中也引入了误差机制，如状态泄漏、加热和数据量子位退相干，并运行了两个稳定器代码。在重复码中，量子位在一维链中的量子位和数据量子位之间交替，每个量度量子位检查其两个相邻量子位的奇偶性，所有量子位检查相同的基，以便逻辑量子位不受错误的影响。
改进的"悬铃木"处理器
在硬件方面，研究人员基于"悬铃木"（Sycamore）处理器来实现量子纠错，它由一个二维的量子位阵列组成，其中每个量子比特可调谐地耦合到四个最近的邻域，即表面代码所需的连接性。
该处理器具有改进的读出电路设计，允许以更少的串扰进行更快的读出，并且每量子位的读出误差减少2倍，和它的前身一样，这个处理器有54个量子位，但研究人员最多使用了21个量子位，因为只有处理器的一个子集连接起来了。

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图｜"悬铃木"上的稳定器电路概念图，构成稳定器电路的操作错误率以及相位翻转码电路示意图等（来源：Nature）据论文描述，此次实验利用了"悬铃木"结构的门校准的最新进展。
首先，研究人员通过将每个量子位的频率扫过读出谐振器的频率，从激发态（包括非计算态）中移除布居。这种复位操作附加在量子纠错电路中的每次测量之后，并在280ns内产生误差低于0.5%的基态；
然后，他们利用两个量子位元的联合态（1 ， 1）和（0 ， 2）之间的直接交换来实现一个26ns受控Z（CZ）门，可调量子比特-量子比特耦合允许这些CZ门以高并行度执行，并且在重复代码中同时执行多达10个CZ门；
最后，使用量子纠错的结果来校准每个CZ门的相位校正，同时利用交叉熵对标，结果发现发现CZ门泡利平均误差为0.62% 。
研究人员将重复码实验的重点放在位相翻转码上，在位相翻转码中，数据量子位占据了对能量弛豫和退相都很敏感的叠加态，这使得它的实现比位相翻转码更具挑战性，也更能预测表面码的性能。在测量和复位期间，数据量子位被动态解耦，以保护数据量子位免受各种退相源的影响。
研究人员分析实验数据的第一步是将测量结果转化为错误检测事件，即相邻回合之间相同测量量子位的测量结果变化，他们将检测事件的每个可能时空位置（即特定量子位和圆）称为检测节点，对于50轮21量子位相位翻转码中的每个检测节点，他们都绘制了在该节点上观察到检测事件的实验分数。
在第一轮和最后一轮检测中，检测事件的分数与其他轮相比有所降低。在这两个时间边界回合中，通过比较第一个稳定器测量和数据量子位初始化来发现检测事件。因此，在时间边界回合中的测量量子位读出期间，数据量子位不受消相干的影响，这说明了多回合运行量子纠错对准确基准性能的重要性。
除了这些边界效应，研究人员还观察到平均检测事件分数为11% ，并且在所有50轮实验中都是稳定的，这是量子纠错可行性的关键发现。

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图｜错误检测分析（来源：Nature）接下来，研究人员描述了检测事件之间的成对相关性。通过计算任意一对检测节点之间的相关概率来检验"悬铃木"处理器是否符合期望，正如预期的那样，最明显的相关性要么是类空间的，要么是类时间的。
此外，他们还观察到一些偶发事件大大降低了重复代码的性能，未来通过改进设备设计或屏蔽来缓解这些事件，对于实现具有超导量子比特的大规模容错计算机至关重要。