走进位于河套深港科技创新合作区的深圳国际量子研究院，8层灰黑色建筑内部正在进行装修。很快，一批与量子信息相关的先进设备和平台将进驻这里。去年3月，一篇题为“用离散变量编码的逻辑量子比特突破盈亏平衡点”的论文发表在《自然》杂志上，声称该论文充分展示了量子纠错的优势。该研究所超导量子计算实验室的研究员徐苑领导了这项研究。
“我们在世界上首次使用由离散变量编码的逻辑量子比特来延长量子信息的存储时间，这种存储时间超过了没有纠错的物理系统的上限，即突破了盈亏平衡点。”在最近的一次采访中，徐苑告诉记者，这一成就标志着量子纠错时代从有噪声的量子时代开始，并标志着量子计算发展的新阶段。
纠错是通用量子计算的关键。
量子科技是未来信息技术颠覆性创新的潜在领域。量子信息技术主要包括量子计算、量子精密测量和量子通信三个方向，其中量子计算尤为重要，被视为引领未来新一轮计算技术革命的关键。
徐苑介绍说，简单地说，量子计算是根据量子力学定律发展起来的一种新的计算模式。它以量子比特（也称“量子比特”）为基本处理单元，通过量子叠加和纠缠原理实现并行计算，特别是在解决一些复杂问题时提供指数级加速，被认为是未来计算能力跨越式发展的重要方向。
徐苑告诉记者，与经典计算机一样，量子计算机在运行过程中也会出错，而现实世界中的量子系统是“脆弱的”，很容易受到环境中噪声的干扰，这导致量子计算过程中信息的丢失或错误。没有纠错功能的量子计算机毫无用处。为了保证运算结果的可靠性，需要通过量子纠错技术实时检测量子比特发生了什么样的错误并及时修复。
近年来，随着量子系统控制能力的提高，人们逐渐开始在不同的量子系统中尝试量子纠错。然而，之前展示的量子纠错实验要么通过人为引入一个虚假的“错误”来展示一个原理性纠错演示实验，要么在纠错过程中引入更多的错误，从而使量子纠错“越来越错”，即纠错后的效果变得更差。
“如何利用量子纠错技术克服‘纠错多’的问题并产生正的量子纠错增益是构建实用量子计算机的关键。”徐苑说，为了保护量子信息免受环境中的噪声干扰，一方面需要将量子系统与环境隔离开来，另一方面需要确保量子系统可以被高精度操纵，以使纠错过程中引入的误差尽可能小，并保证量子计算机最终运算结果的正确性和可靠性。
突破盈亏平衡点，成功展示量子纠错的优势。
量子纠错也被称为量子计算领域皇冠上的明珠。徐苑说，如果我们要开发实用的量子纠错技术，我们必须实现正增益，这就是所谓的量子纠错优越性。只有当纠正的错误大于纠错过程中引入的错误时，纠错的效果才会越来越好。如何利用量子纠错技术，将逻辑量子比特的相干寿命大大延长到不纠错的物理系统的上限之外，即在盈亏平衡点之外产生正增益，是衡量量子纠错是否具有实际效用的关键标准。“我们的研究课题是通过主动量子纠错来延长量子比特的相干寿命，真正突破盈亏平衡点，让纠错后的量子系统性能越来越好，也就是让量子比特‘活得更久’。”
目前主要有两类量子纠错编码方案，即多比特编码和玻色编码。然而，目前展示的量子纠错实验要么需要巨大的硬件资源，要么逻辑码字存在缺陷（非严格正交），要么无法突破盈亏平衡点。
为了解决上述问题，徐苑在玻色模式下通过二项式编码实现了严格正交的逻辑量子比特，开发了一种独创的基于频率梳控制的错误检测技术，集成并改进了一系列量子纠错优化方法，最终在国际上首次将量子信息的存储时间延长到了盈亏平衡点以上。这是实现通用容错量子计算机非常重要的一步。
“我们站在前人的肩膀上，集成改进了量子纠错的多项关键技术，实现了量子信息存储时间的延长并突破了16%的盈亏平衡点，充分展示了量子纠错的优势。”徐苑说，接下来，研究小组将探索如何提高量子纠错的效果，进一步延长量子信息的存储时间，并利用量子纠错的优势开发新的逻辑量子控制技术。
与科学研究相伴，追寻量子科学的奥秘。
2019年，谷歌率先宣布实现“量子霸权”（quantum superiority），将量子计算推向公众视野，在量子计算领域激起千层浪。随着“九章”“祖冲之”等量子计算机的问世，近年来我国量子计算领域发展迅速。
徐苑从本科开始就对量子信息科学领域感兴趣。2013年，徐苑加入了Xi交通大学孙鲁彦教授的研究小组，从零开始构建了量子实验平台和量子计算机。随着实验的进展，徐苑对量子科学的理解变得越来越深刻。
“微观的量子世界让我着迷，这使我能够不知疲倦地投入到日常的科学研究工作中，沉迷于量子科学的奥秘中，不受任何外部干扰，心无旁骛。”徐苑说，量子世界充满了许多神奇的奥秘，与现实世界完全不同，比如走迷宫。经典计算需要逐一遍历和尝试所有可能的路线，最终找到正确的路径。然而，量子计算机很“忙”，它们的并行性决定了它们可以同时运行多条路线，并一次性知道正确的结果。
2019年，从清华大学博士毕业后，徐苑加入深大量子研究院超导量子计算实验室，开始负责基于超导量子电路系统的量子信息处理领域的实验研究。
谈到深圳，徐苑说这是他的第一选择。“一方面，受到中国科学院院士、深圳量子科学与工程研究院院长于大鹏的启发，他愿意给年轻人足够的时间和机会，让他们充分发挥创造力和潜力；另一方面，深圳有一个很好的平台，科研人员可以在深圳更方便地进行一些国际前沿研究，这也是我们的项目能够很快取得重要成果的一个原因。”徐苑说，做科研是一件具有挑战性的事情，但在深圳这座创新之城做科研对每个人来说都有无限可能，并有望取得巨大成就。
“我每天都在思考科学研究，我一直在思考实验的进展、结果和未来规划。”徐苑说，当你爱上一样东西时，你会情不自禁地沉浸其中，爱会不断地推动你思考和行动。
（文章来源:深圳商报）
