從脆弱的量子元件構建通用量子計算機，有效地實現量子糾錯(QEC)是一個基本要求和核心挑戰。QEC用於量子計算，它有解決超出超級計算機範圍的科學問題的潛力，保護量子資訊不受各種噪聲的影響。

這項研究發表在《自然》雜誌上，由馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校的物理學家王陳、研究生傑弗裡·格特勒和施盧蒂·希羅爾以及博士後研究員李菊良共同完成，朝著構建容錯量子計算機邁出了一步。他們已經實現了一種新型的QEC，可以自動糾正量子誤差。

今天的計算機是由代表經典位(0或1)的電晶體組成的。量子計算是一種利用量子位元(qubits)進行計算的令人興奮的新範例，量子疊加可以被用來獲得指數級的處理能力。容錯量子計算可能極大地推動新材料的發現、人工智慧、生物化學工程和許多其他學科。

由於量子位在本質上是脆弱的，要建造如此強大的量子計算機，最突出的挑戰是如何有效地實現量子糾錯。現有的QEC演示是活躍的，這意味著它們需要定期檢查錯誤並立即修復它們，這對硬體資源要求很高，因此阻礙了量子計算機的擴充套件。

相比之下，研究人員的實驗透過調整量子位元所經歷的摩擦(或耗散)來實現被動QEC。由於摩擦通常被認為是量子相干性的剋星，這個結果可能顯得相當令人驚訝。訣竅在於耗散必須以量子的方式來設計。這一一般策略在理論上已經有20年的歷史，但如何獲得這種耗散並將其用於QEC的實踐一直是一個挑戰。

“雖然我們的實驗仍是一個相當初級的論證，但我們最終實現了耗散QEC的這種違反直覺的理論可能性，”陳說。展望未來，這意味著可能有更多的途徑來保護我們的量子位元不受錯誤的影響，而且成本更低。因此，這項實驗提出了一種前景，即從中長期來看，有可能構建出一種有用的容錯量子計算機。”

陳以門外漢的語言描述了量子世界是多麼的奇怪。就像德國物理學家Erwin Schrödinger那個著名(或臭名昭著)的例子，一隻被關在盒子裡的貓可以同時是死的，也可以同時是活的。我們的量子處理器中的每一個邏輯量子位都非常像mini-Schrödinger的貓。事實上，我們毫不誇張地稱它為“貓量子位”。“養很多這樣的貓可以幫助我們解決一些世界上最困難的問題。”

“不幸的是，很難讓貓一直保持這種狀態，因為任何氣體、光線或任何東西漏到盒子裡都會破壞這種魔力:貓要麼死了，要麼就變成一隻普通的活貓，”陳說。“保護薛定諤的貓最直接的策略是把盒子裝得越緊越好，但這也會讓它更難用於計算。”我們剛剛展示的類似於用一種特殊的方式來畫盒子內部，這在某種程度上幫助貓更好地生存下來，外部世界不可避免的傷害。”