量子计算的技术挑战与纠错方案

量子计算基础特性

量子比特（qubit）与传统计算机比特的本质区别在于：除0和1状态外，量子比特可处于叠加态（superposition），即0和1的组合状态。量子计算依赖于维持叠加态和纠缠态（entanglement）——一种量子比特间状态相互依赖的脆弱状态。

量子计算面临的根本难题在于：需要量子系统在保持近乎完美隔离的同时，又能接受外部控制。环境干扰会导致量子信息泄漏，造成量子状态扰动。根据量子力学不确定性原理，任何对量子状态的观测都会引发不可控的干扰。

通过量子纠错码将逻辑量子比特信息编码到多个物理量子比特的集体状态中。当前方案需将单个逻辑量子比特分散到数千个辅助量子比特实现保护，但会产生显著开销。

采用拓扑材料等物理层面方案，利用材料固有的强量子纠缠特性实现本征抗噪能力。虽然该理念由某机构研究人员提出，但实际材料制备仍存在技术难度。

现阶段更可行的方案是在硬件层面提供部分保护，通过降低物理量子比特错误率来减少软件保护的开销需求。

某机构量子计算中心采用多学科协作模式：

量子系统在处理高度纠缠状态时展现出经典系统无法比拟的优势：