突破：量子计算机的能源效率提高了 90%，体积更小，速度更快

加拿大公司 Nord Quantique 开发了一种改进量子纠错（QEC）的新方法，这将有助于未来开发更小、更节能的量子计算机。

该方法被称为 Tesseract 代码，将多模式编码与玻色子量子比特技术相结合，可保护系统免受量子系统中出现的多种常见错误的影响。

量子计算机是计算技术的下一个重大事件，有望解决气候变化、药物发现等人类面临的挑战。与使用比特存储和处理信息的经典计算机不同，量子计算机利用材料的量子态来处理数据。

这些数据存储单元称为量子比特或量子比特，可以同时占据多个状态，称为叠加，这与二进制比特的打开或关闭状态不同。与经典比特相比，这允许量子比特以指数速率处理信息。然而，这也增加了在此过程中累积错误的可能性，从而促使需要构建强大的量子纠错（QEC）系统。

由于量子计算系统在超低温下运行，因此部署 QEC 系统在金钱花费和能源消耗方面是与量子计算相关的额外成本。Nord Quantique 的创新方法将这两个问题同时解决。

什么是 Tesseract 代码？

Tesseract 代码使用玻色子量子比特技术，可保护量子系统免受位翻转、相位翻转和控制错误的影响。由于这与多模式编码相结合，QEC 可防止泄漏错误。

根据该公司的研究论文，Nord 使用能够进行中间电路测量的完全自主纠错系统，该系统可以在计算过程中识别和丢弃标记的实现。这称为基于纠删的错误抑制。

“使用物理量子比特创建冗余会使系统变大、效率低下且复杂，这也增加了能源需求，”Nord Quantique 首席执行官 Julien Camirand-Lemyre 在一份新闻稿中说。

“多模式编码使我们能够构建具有出色纠错能力的量子计算机，但不受所有这些物理量子比特的阻碍。”

在一次演示中，该公司过滤掉了不完美的运行，并在每轮 32 个纠错周期中丢弃了 12.6% 的数据，没有可测量的衰减。随着更多模式的添加，Tesseract 代码也有望提供更多的 QEC 优势。

能耗减少 90%

这种方法的主要优点是，它不仅构建了容错系统，还构建了高效的量子系统。该公司估计，其 1,000 个逻辑量子比特量子计算机将仅占用 20 平方米的空间，并且很容易安装在数据中心内。

在节能方面，研究人员估计，在他们的量子计算机上，使用 120 kWh 的能量，只需一小时即可以 1 MHz 的速度计算出加密算法 RSA-830。

相比之下，经典的高性能计算需要 9 天的计算时间，估计能耗为 280,000 kWh，使用量子计算时可节省大量时间和能源。

有趣的是，Norq Quantifique 的方法还确保其物理量子比特和逻辑量子比特相同。2029 年将推出一台具有 1：1 比例的物理和逻辑量子比特的 1000 量子比特量子计算机。