深圳國際量子研究院超導量子計算實驗室研究員徐源。

深圳新聞網2024年2月26日訊（深圳商報首席記者 袁靜嫻 文/圖）走進位于河套深港科技創新合作區的深圳國際量子研究院，樓高8層的灰黑色大樓內部正在熱火朝天改造中。不久后，這里將入駐一批與量子信息相關的先進設備和平臺。去年3月，一篇題為《用離散變量編碼的邏輯量子比特突破盈虧平衡點》的論文發表在《自然》雜志上，宣稱充分展示了量子糾錯優勢。主導這項研究的正是來自該研究院超導量子計算實驗室的研究員徐源。

“我們在國際上首次利用離散變量編碼的邏輯量子比特，延長量子信息的存儲時間超過了不糾錯物理系統的上限，即突破了盈虧平衡點?！痹诮盏牟稍L中，徐源告訴記者，此項成果標志著從含噪聲量子時代開始步入糾錯量子時代，邁向了量子計算發展的新階段。

邁向通用量子計算，糾錯是關鍵

量子科技是未來信息技術取得顛覆性創新的潛在領域。量子信息技術主要包括量子計算、量子精密測量和量子通信三個大方向，其中量子計算尤為重要，被視為引領未來新一輪算力技術革命的關鍵。

徐源介紹，簡單地說，量子計算是遵循量子力學規律發展起來的一種新型計算模式，以量子比特（也叫“量子位”）為基本處理單位，通過量子疊加、糾纏等原理實現并行計算，尤其是在解決某些復雜問題上提供指數級加速，被認為是未來計算能力跨越式發展的重要方向。

徐源告訴記者，與經典計算機一樣，量子計算機在運行的過程中也會發生錯誤，且現實世界中的量子系統很“脆弱”，很容易受到環境中噪聲的擾動，導致量子計算過程中信息的丟失或錯誤。沒有糾錯的量子計算機是毫無用處的。為了保證運算結果的可靠性，必須要通過量子糾錯技術實時地檢測量子比特在哪個時刻發生了何種錯誤，并及時進行修復。

近些年，隨著對量子系統操控能力的提升，人們逐漸開始在不同的量子系統中嘗試量子糾錯。但是之前所展示的量子糾錯實驗，要么是通過人為引入一個虛假的“錯誤”，來展示一個原理性的糾錯演示實驗，要么是在糾錯的過程中額外引入了更多的錯誤，致使量子糾錯“越糾越錯”，即糾錯之后的效果變得更差了。

“如何利用量子糾錯技術，克服‘越糾越錯’難題，產生正的量子糾錯增益，是構建實用量子計算機的關鍵?！毙煸幢硎?，要想保護量子信息避免環境中噪聲的干擾，一方面是要讓量子系統盡可能和環境有足夠好的隔離，另一方面是要保證能夠高精度地操控量子系統，使得糾錯時引入的錯誤盡可能地小于糾正的錯誤，實現“越糾越對”，才能保證量子計算機最后運算結果的正確性和可靠性。

突破盈虧平衡點，成功展示量子糾錯優越性

量子糾錯也被稱為量子計算領域皇冠上的“明珠”。徐源介紹說，要想開發出實用的量子糾錯技術，必須要實現正的增益，也就是所謂的量子糾錯優越性。只有當糾正的錯誤大于糾錯過程中引入的錯誤，糾錯的效果才會越來越好。如何利用量子糾錯技術極大地延長邏輯量子比特的相干壽命超過不糾錯情況下物理體系的上限，也就是超越盈虧平衡點產生正增益，是衡量量子糾錯是否具有實際效用的關鍵判據。 “我們的研究課題正是通過主動的量子糾錯手段，來延長量子比特的相干壽命，真正意義上突破盈虧平衡點，使得糾錯后的量子系統性能越來越好，也就是讓量子比特‘活得更長久’?！?/p>

目前，主要有兩類主流的量子糾錯編碼方案，分別是多比特編碼和玻色編碼。但是目前所展示的量子糾錯實驗或需要巨大的硬件資源開銷，或邏輯碼字有缺陷（非嚴格正交），或無法突破盈虧平衡點等。

為了解決上述問題，徐源在課題研究中利用玻色模式中的二項式編碼實現了嚴格正交的邏輯量子比特，開發了原創的基于頻率梳控制的錯誤探測技術，整合和改進了一系列量子糾錯優化手段，最終在國際上首次延長了量子信息存儲時間超越盈虧平衡點。這為實現通用容錯量子計算機邁出了非常重要的一步。

“我們站在前人的肩膀上，整合和改進了多個量子糾錯的關鍵技術，實現了延長量子信息的存儲時間突破盈虧平衡點16%，充分地展示了量子糾錯優勢?！毙煸幢硎?，接下來，課題組將探索提高量子糾錯效果，進一步延長量子信息存儲時間，以及利用量子糾錯優勢開發新的邏輯量子控制技術。

與科研為伴，不懈追尋量子科學奧秘

2019年，谷歌率先宣布實現“量子霸權”（量子優越性），一把將量子計算推入公眾視野，激起量子計算領域的千層浪。隨著“九章”“祖沖之號”等量子計算機的問世，近幾年我國量子計算領域得到了飛速發展。

徐源早在大學本科期間，就已經開始對量子信息科學領域充滿了濃厚興趣。2013年，徐源從西安交通大學被保研到清華大學直博，加入了孫麓巖教授課題組，從零開始搭建量子實驗平臺，構建量子計算機。隨著一項項實驗的進行，徐源對量子科學的了解也越來越深刻。

“微觀的量子世界讓我著迷，使我能夠全身心投入到每天的科研工作中而不知疲倦，沉迷于量子科學的奧秘，不受任何外界事物的干擾，心無旁騖?！毙煸幢硎?，量子世界充滿了很多神奇的奧秘，和現實世界完全不一樣，比如走迷宮，經典計算需要一條一條遍歷和嘗試所有可能的路線，最終才能找到正確路徑，但是量子計算機有“分身”，它的并行性決定了可以同時跑多條路線，一次就知道正確結果。

2019年，徐源從清華大學博士畢業后，南下深圳加入了量子研究院超導量子計算實驗室，開始負責基于超導量子線路系統的量子信息處理領域相關實驗研究工作。

談起深圳，徐源毫說，這是他的第一選擇?！耙环矫媸鞘艿街袊茖W院院士、深圳量子科學與工程研究院院長俞大鵬的感召，愿意給年輕人足夠的空間和機會，讓他們充分發揮創造力和潛力；另一方面，深圳有著很好的平臺，科研人員在深圳可以更方便地進行一些國際前沿方向的研究，這也是我們課題能夠很快取得重要成果的一個原因?！毙煸幢硎?，做科研是一件充滿挑戰的事情，但是在深圳這座創新之城做科研，每個人都擁有無限的可能性，都有希望取得巨大的成就。

“每天心里惦記著科研，不停地思考實驗的進展、結果和未來規劃?！毙煸凑f，當你熱愛一件事時，會不由自主地沉浸其中，熱愛會不斷地推動你思考和行動。