研究人员正在竞相开发一种逻辑量子位，它是第一个使用主动纠错的量子处理器的原型。除了需要满足量子计算机的DiVincenzo准则之外，逻辑量子位必须具有四个可扩展的特征，包括：(1)误差阈值——该系统必须能够运行一个错误检测程序，它能够产生比物理部件的错误率低的编码错误率。对于稳定子码，该错误检测是稳定性测量；（2）容错能力——任何一个故障都是可检测的，这意味着逻辑量子位必须能够检测在所有单比特Pauli基的构成物理量子位上的误差；（3）并行测量——逻辑量子位必须具有同时在多个位置执行检错测量的能力，其中可扩展系统具有与物理量子位的数量成正比的多个测量装置；（4）可扩展编码——逻辑量子位必须具有能够扩展以纠正任何错误的编码策略。对于稳定子码，这意味着代码距离增加而不违反之前的准则。文中设计的逻辑量子位满足所有上述标准，研究人员在硅量子点线性阵列中设计并测试了最简单的逻辑量子位。基于最近的硅基金属氧化物量子点结果，研究人员设计了自旋控制协议和纠错指令序列。硬件指令和纠错是相互适应的，因为器件制造倾向于简单化，而纠错有利于对量子比特的控制。本文的主要成果是找到了一个可行的实验路径，以满足这些具有竞争性的设计挑战。本文的纠错方案是简单的二比特、三比特和四比特量子位，它们已经被映射到量子位的线性阵列。使用蒙特卡洛模拟，我们估计误差阈值为 2 × 10−4。最后，研究人员设计了一系列的实验来证明误差校正的分量，并将这些分量集成到一个完整的逻辑量子位中。虽然本文目前关注的只是一个单一的逻辑量子位的短期制造，但是提出的量子点架构可以扩展到多个逻辑量子位，为未来更实用的量子计算机打下坚实的基础。

图1.量子点线阵列装置示意图

来源： https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.021058

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