纠缠逻辑量子比特原理和装置的示意图。

　　本报讯 近日，清华大学交叉信息研究院孙麓岩教授研究组与中国科学技术大学邹长铃教授研究组、北京量子信息科学研究院于海峰研究员团队合作，在超导量子系统中实现了对逻辑量子比特之间量子纠缠的量子纠错保护。
　　当前主要的量子纠错技术路线是基于二能级比特的编码方案，利用大量物理比特编码一个逻辑比特。这在实验上有比较大的挑战，表现在错误通道数目随着物理比特数目的增加而增加，同时需要复杂的多体相互作用来实现错误的检测和纠正。为了克服这些困难，孙麓岩研究组采用了一种基于单个微波谐振子的物理架构，即玻色编码。这种方案利用谐振子的无限大希尔伯特空间来进行冗余信息编码，但是错误通道的种类保持不变，因此大大减少了量子纠错对硬件的要求，并可以率先实现量子纠错。
　　孙麓岩与合作者通过在空间分离的玻色模式中编码量子信息，首次成功实现了受量子纠错保护的纠缠逻辑量子比特，不仅展示了量子纠错技术在保护量子信息方面的巨大潜力，也为实现实用的量子计算和通信网络提供了重要的技术基础。具体来说，研究团队在两个空间分离的玻色模式中，实现了二项式编码的逻辑量子比特，并建立了两个逻辑量子比特之间的纠缠。与物理比特之间的纠缠不同，逻辑比特之间的纠缠对局域噪声有更强的抵御能力，并且可以通过局域量子纠错操作进行恢复，而不是直接耗散到环境中。研究人员通过连续量子纠错操作对纠缠逻辑量子比特进行保护，使纠缠逻辑量子比特的相干时间相较于未受保护的状态提高了45%。更进一步，研究人员还首次证明了通过错误探测以及提纯，纠缠逻辑量子比特能够违反贝尔不等式。
　　该研究工作成功将玻色量子纠错码扩展到多个逻辑比特，证实了通过量子纠错保护纠缠逻辑量子比特的可行性，这不仅为迈向通用量子计算，构建量子纠错保护的量子网络和分布式量子计算奠定了实验基础，也为验证物理学基本原理提供了新的实验平台。
　　研究成果以“通过量子纠错来保护逻辑量子位元之间的纠缠”为题，于3月6日发表在《自然·物理》（Nature Physics）期刊上。清华大学交叉信息研究院博士后王韦婷、邹长铃和孙麓岩为该论文的共同通讯作者，清华大学交叉信息研究院2021届博士毕业生蔡伟州、2022届博士毕业生穆相豪和王韦婷为共同第一作者。（交叉信息研究院）