量子技术里程碑：Ocelot芯片发布

某中心今日宣布推出首款量子芯片Ocelot，这是其首次从零开始构建兼具资源效率与可扩展性的量子纠错硬件实现。基于超导量子电路，Ocelot取得三大技术突破：

• 首次实现可扩展的玻色纠错架构，超越传统量子比特降低纠错开销的方案
• 首次实现噪声偏置门操作，为构建可扩展商用量子计算机提供关键硬件高效纠错能力
• 超导量子比特性能达到业界顶尖水平，比特翻转时间接近1秒，相位翻转时间保持20微秒

量子性能差距与纠错挑战

量子计算机虽能实现指数级加速计算，但当前硬件因环境噪声敏感度极高，仅能运行约千次无错误量子门操作。量子纠错通过将逻辑量子比特信息分散至多个物理量子比特来抵御噪声，但传统表面码方案需要数千物理量子比特构成单个逻辑量子比特，导致资源开销巨大。

猫量子比特的革命性优势

与传统二能级量子比特不同，猫量子比特利用谐波振荡器的量子叠加态编码信息，其核心优势在于：

• 通过增加光子数可使比特翻转错误率呈指数下降
• 仅需通过提升振荡器能量即可实现高效纠错，无需增加量子比特数量
• 相位翻转错误通过重复码（最简单的经典纠错码）进行校正

Ocelot芯片架构与性能

Ocelot逻辑量子比特存储芯片包含：

• 5个猫数据量子比特（各含用于存储量子数据的振荡器）
• 每个猫量子比特连接2个辅助传输子量子比特用于相位错误检测
• 配备非线性缓冲电路用于稳定猫量子比特状态并指数抑制比特翻转错误

实验数据显示：

• 比特翻转时间接近1秒，是传统超导量子比特寿命的千倍以上
• 仅需4个光子即可保持数十微秒的相位翻转时间
• 距离-5编码的逻辑错误率降至1.65%/周期，较距离-3编码显著提升

可扩展性带来的革命性影响

采用噪声偏置设计的重复码可将量子纠错开销降低90%。相比表面码方案需要49个量子比特，Ocelot仅需5个数据量子比特和4个辅助量子比特即可实现距离-5编码。这种硬件高效架构为量子计算机的规模化铺平道路，未来将通过提升组件性能和增加编码距离进一步降低逻辑错误率。

技术实现细节

Ocelot设备的调谐涉及：

• 根据猫振幅（平均光子数）校准比特/相位翻转错误率
• 优化用于相位错误检测的C-NOT门噪声偏置
• 通过错误校正周期序列测试逻辑量子比特存储性能

该架构已证明在不同猫光子数范围内，增加编码距离（从距离-3到距离-5）可显著降低逻辑相位翻转错误率。噪声偏置C-NOT门在抑制比特翻转错误方面的有效性，使得距离-5编码在更多量子比特条件下仍保持与距离-3编码相当的错误率。