精度是有意义量子计算的基础

# 精度是有意义量子计算的基石 来源：https://www.quantinuum.com/blog/accuracy-is-the-foundation-of-meaningful-quantum-computing 近期，包括Quantinuum初创计划合作伙伴Qedma (https://www.qedma.com/) 与BlueQubit (https://www.bluequbit.io/) 以及我们的合作伙伴RIKEN (https://www.riken.jp/en/) 在内的业界同仁，共同发表了一篇论文 (https://arxiv.org/pdf/2607.24937)，探索了"超越当前顶尖经典方法能力边界"的量子磁性现象——这是量子优势的有力证明。值得注意的是，该团队在Quantinuum的设备（包括Helios和System Model H2）上验证了他们的结果。 2025年，我们发表了一篇论文（现已被《自然》收录 (https://www.nature.com/articles/s41586-026-10445-3)），探索了一个类似的系统——同样是在经典计算难以模拟的规模上。这引发我们的思考：随着此类成功案例在文献中日益增多，这对整个生态系统意味着什么？从这些早期的实证中我们能汲取哪些关键经验？或许最重要的是，下一步该走向何方？ ##### **我们正迈入"做什么"而非"何时做"的时代** 关于第一个问题——"这对整个生态系统意味着什么"——答案令人振奋。经过数十年的展望，量子计算终于迎来了与经典高性能计算及超级计算并驾齐驱，甚至在某些方面超越它们的时代。 （已由复杂性理论证明的）量子优势案例已屡见不鲜，通常以随机线路采样 (https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevX.15.021052) 的形式出现。这进一步扩展至生成经验证的随机性 (https://www.nature.com/articles/s41586-025-08737-1)，这是量子计算最早的商业应用之一。 此后，我们看到多个研究团队取得了系列成果，他们在探索"真实"问题的同时，不断突破经典计算的极限。这些成果涵盖了探索量子磁性 (https://www.nature.com/articles/s41586-026-10445-3)（如前所述）、超导性 (https://arxiv.org/pdf/2511.02125) 以及峰值线路 (https://arxiv.org/pdf/2510.25838) 等多个方向。 这些成果是否确凿无疑地属于"量子优势"，其意义几乎已次于其本身。它们标志着在通往广泛实用量子计算的道路上迈出了坚实的一步，届时量子计算将为研究人员和产业界广泛带来价值。更重要的是，这些论文都体现了某种程度的"技术就绪度"，表明量子计算机现在已被证实能在具有实际意义的规模上（至少对部分人而言），解决相关问题。 ##### **精度是基本要求** 我们可以从这些实证中汲取的关键经验之一是：硬件精度至关重要。没有精度，量子计算机会变成昂贵的噪声发生器，无法在高性能计算之外推动实质进展。值得庆幸的是，我们发现得益于基础的物理精度（并可选地辅以巧妙的错误缓解技术），当前一代设备依然能完成相当多的任务。 通常，我们非常高兴地看到，通过应用复杂的后处理技术，错误缓解能够显著降低硬件错误的影响，提升计算结果的质量。然而，错误缓解并非没有代价。随着硬件噪声增加，缓解过程的计算开销会急剧上升，且技术本身可能扭曲结果。如果底层硬件的精度不足，就更难区分真实的物理现象与缓解过程引入的伪影。 这正是硬件质量重要性的体现。在Quantinuum系统上的验证提供了一个重要的独立确认，证明来自其他厂商的经过缓解的结果反映了真实的物理行为，而非缓解过程引入的偏差。因为Quantinuum的硬件具有显著更低的原生错误率，它成为了一个高置信度的参考点，用于验证科学结果。重要的是，此次验证旨在确认底层物理规律，而非验证量子优势的宣称。 ##### **硬件精度提升计算效率** 以上所有都体现了我们系统强大的原生性能：当硬件从极高的保真度起步时，需要克服的误差自然更少。然而，错误缓解仍然是一个有趣且有价值的方法：高质量的硬件设定了基准，而软件则拓展了可能性的边界。 然而，原生精度的影响不仅限于科学可信度——它也影响计算效率。随着程序复杂度和规模增加，硬件错误率会上升，而成功的错误缓解通常需要更多的采样、更多的处理和更多的计算资源。物理保真度越低，在获得可信结果之前所需的额外开销就越大。 通过从显著更低的原生错误率起步，Quantinuum系统减少了达到可比科学成果所需的缓解工作量。这在计算成本上创造了实际优势，同时有助于保持对结果数据的信心。 ##### **精度是容错的基石** 最后，我们可以回答下一步是什么的问题。这可能看似显而易见，但其实涉及多个层面。下一步是大规模容错量子计算。但真正的问题是，这具体会是什么样子？ 一台真正的大规模容错量子计算机将把纠错机制内置于工作流中，在"逻辑"层面运行。这意味着程序员将编写针对逻辑量子比特操作的代码，所有纠错机制都隐藏在底层。其结果将是足够低的错误率，足以运行一些真正庞大的工作流。 我们已在这条道路上取得了显著进展 (https://arxiv.org/abs/2602.22211)：我们已经证明了所有必要的原语 (https://arxiv.org/abs/2506.14688)，拥有世界领先的逻辑错误率 (https://arxiv.org/abs/2503.22107)，并且拥有一个足够灵活的平台，可以在新编码方案发明时及时采用 (https://arxiv.org/abs/2408.08865)——这在快速发展的领域中是一项关键优势。所有这一切都得益于我们极高的原生精度；如果没有一开始就具备超低错误率的硬件，上述成就将不可能实现。 然而，即使在全面启用纠错的情况下，在后容错时代，错误缓解可能仍将扮演重要角色。虽然纠错将广泛应用于所有工作流，但在某些特殊情况下，错误缓解可能进一步挖掘硬件的潜力，始终确保我们在算力增长的过程中保持领先。 ##### **进步才是真正的里程碑** 科学突破之所以重要，是因为它们推动了整个领域的前进。但持久的商业价值将来自那些能够持续交付可信赖结果的量子计算机。 凭借Helios——世界上最精确的商用量子计算机\[1\]——以及一个不断壮大的合作伙伴生态系统（他们正在构建互补技术），Quantinuum正在打造准确、可扩展的基础，将科学成就转化为实用的量子计算。 \[1\]截至2025年12月31日，基于双量子比特门保真度。