這臺稀釋制冷機容納著IBM Q背后的量子計算機。IBM Q是一個基于云的平臺，研究人員和其他公司可以在這個平臺上試驗量子計算技術。

關于量子計算的大多數流行報道給人的印象是，這項技術即將取得突破，這將徹底改變計算世界。當然，現實遠沒有那么戲劇化。

當然，對量子計算的研究已有數十年之久，目前正在不斷取得進展中。但是更冷靜的評估（例如美國國家科學院、醫學院和工程院去年12月發布的報告）認為，在短時間內建造出能破解互聯網加密或執行具有實際意義的類似量子計算的量子計算機的可能性很小。

不過，上周發表在著名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的一項研究結果有助于提高量子計算有朝一日變得有用的機會。論文中解釋了長期以來被視為使量子計算變得有用的關鍵之事：通過冗余降低錯誤率。

你看，在今天的量子計算機原型中，用來編碼量子比特的硬件容易產生各種各樣的噪音，這會使存儲的信息很快遭到破壞。這些原型因此而被稱為有噪聲的中等規模量子計算機（簡稱NISQ計算機）。到目前為止，它們除了作為研究工具之外，沒有任何實際用途。

數十年來人們都知道，特別設計的糾錯方案至少在理論上可以降低量子計算中的錯誤率。但是這些方案是基于對所涉及的噪聲特性的某些假設，而這些假設是否適用于真正的NISQ計算機尚不確定。研究人員剛剛開始探索這個問題。

上周發表的那篇論文的作者是悉尼大學的Robin Harper和同時隸屬悉尼大學及耶魯大學的Steven Flammia。他們指出一種特定的方案可以幫助降低原型量子計算機中的錯誤率。他們使用的是IBM的一臺原型量子計算機，研究人員可以通過稱為IBM’s Quantum Experience（簡稱IQX）的東西遠程訪問它進行試驗。

他們具體是如何做的，這超出了我的理解能力。這里我盡可能地概述一下總體策略。

就像傳統計算一樣，量子計算中的糾錯依賴于冗余。如果沒有錯誤，就可以使用硬件提供的原始物理量子比特進行計算。但是面對總是在一定程度上存在的噪聲，你必須將多個物理量子比特組合成一個邏輯量子比特，這樣會變得不太容易出錯。

Harper和Flammia為一個只涉及兩個邏輯量子比特的系統降低了錯誤率。他們使用的糾錯方案需要四個物理量子位。該方案通過兩種途徑改善了錯誤率。一種是用一個更可靠的虛擬CNOT門來代替物理電路中最大的噪聲源，也就是所謂的受控NOT門。另一種策略是檢測何時可能發生錯誤，這樣就可以在發生錯誤時將它們拋出。

試驗結果表明，這臺機器在僅使用兩個物理量子比特進行計算時。錯誤率從約6％降低到了約0.6％。雖然這種數量級的改進令人印象深刻，但研究人員強調他們的實驗并沒有考慮所謂的態制備和測量誤差。結果是，計算總體上仍然在一個關鍵標準——即容錯閾值——之下。在容錯閾值之上，將允許執行更復雜的計算，因為糾正錯誤的速度比創建錯誤的速度快。

在真正的量子計算機中的實際計算何時會突破容錯閾值？目前還不清楚。然而，如果它真的發生了，它可能會首先在一個只有幾個邏輯量子比特的非常小的系統中進行演示，就像在最近這篇論文所介紹的進展所做的那樣。