法国量子计算公司将纠错水平提高了10万倍，并融资2700万欧元

光子盒研究院出品

3月10日，法国量子计算初创公司Alice&Bob宣布完成2700万欧元的A轮融资，由Elaia、Bpifrance(通过其数字风险基金)和Supernova Invest领投，Breega也参与其中。将用于在2023年推出首台容错“猫量子比特”计算机，并实现基于指数级量子计算即服务的商业模式。

Alice&Bob设计了一种不同的架构，称为“猫量子比特”(cat-qubit)，这是对薛定谔的猫和某物同时处于“两种状态”的想法的参考，以此来减少处理中的错误，从而减少克服这些错误所需的处理器数量。

虽然大多数制造量子计算机处理器的方法都是基于超导电路，但Alice&Bob的首席执行官Théau Peronnin表示他的公司设计的是“另一种芯片架构”，可以自动纠正错误。

Alice&Bob由Peronnin和Raphaël Lescanne创建，创始团队来自法国学术界，目前员工人数约40人，超过一半的人拥有博士学位。Alice & Bob正在与法国的研究实验室合作。

目前，许多量子计算参与者选择了超导transmon量子比特，它具有较长的相干时间，并且易于制造和操作，然而，尽管在过去10年中不断取得进展，但transmon错误的改善速度已经放缓，这使得主动量子纠错成为进一步发展的必要条件。

在众多的量子纠错策略中，表面码是理论研究最多的。然而，由于需要大量量子比特，实现起来仍然非常具有挑战性。表面码需要一个2D量子比特阵列来执行量子纠错，并需要纠正两种类型的错误，即比特翻转和相位翻转。如果存在只有其中一个错误的量子比特，将大大降低纠错难度。

比特翻转和相位翻转

与许多其他玻色编码(例如GKP、二项式)纠错方案一样，猫量子比特通过利用谐振子的较大希尔伯特空间，减少了纠错所需的硬件。在物理系统数量相同的情况下，玻色编码可将量子信息分散到更多的状态，用更少的物理系统实现相同的保护，这种特性被称为“硬件效率”。

然而，在这个无限维的空间中，我们需要能够稳定量子信息编码的两个特定状态。而猫量子比特可以自主实现这一点。

Alice&Bob的方法能够稳定谐振子中振幅为α、相位相反的两个相干态。这种稳定性指数地降低了α^2中比特翻转的概率(从+α到-α)，同时仅线性地增加了相位翻转率(损失1个光子的概率)。为了纠正剩余的错误，可以使用线性重复码来达到足够小的错误率。

为了实现这种稳定，他们设计了一个非线性驱动系统，它会产生次谐波。由于倍周期，可以产生两个稳定的状态。当被驱动时，该系统有两个稳定的状态，即相干态|α〉和|-α〉，它们仅相差一个π相位。

Alice&Bob的猫量子比特

在3月14日的arXiv预印论文中，Alice&Bob公司与巴黎高等师范学院物理实验室的Zaki Leghtas教授团队证明了猫量子比特可以抵抗“比特翻转”几分钟，这是之前最先进水平的近10万倍。

研究人员测量了一个比特翻转时间超过100秒的猫量子比特(包含大约40个光子)。

如下图所示，本次测量通过记录单个轨迹来完成的，该轨迹随机显示猫量子比特场，很少出现比特翻转(改变符号)。

实时40光子猫量子比特动力学。(左)检测到的猫量子比特场的直方图，显示了符号相反的两个振荡状态。(中)猫量子比特状态的单时间轨迹显示很少在计算状态之间跳跃。(右)τ跳跃的累积分布函数——两次连续跳跃之间的持续时间，用平均值标记。

对于不同大小的猫，他们记录时间轨迹并提取比特翻转时间。总体结果显示在下图中，他们从中可以区分出两种状态。首先，对于有限数量的光子，比特翻转时间随着猫光子数呈指数增加。然后，当比特翻转时间达到2分钟时，它会随着猫光子数的增加而停止增加，并达到饱和。

比特翻转的指数抑制。比特翻转时间(y轴)是光子数(x轴)中猫大小的函数。

Peronnin表示，这家初创公司的下一步——也是为什么我们要再过一年才能看到产品发布的原因——是致力于使用它的猫量子比特来减少相位翻转(另一种类型的错误)。

Alice&Bob已经就其硬件和软件组件申请了专利，虽然在使用它来构建自己的计算机之前，它不打算将它许可给其他公司，但他指出，这仍然是一种选择。

Peronnin解释说：“目前，我们专注于制造整个机器，因为我们首先必须证明这项技术能够兑现承诺，但由于我们看到了一些竞争对手，而且我们的部分技术获得了专利，那么(许可)问题将是开放的。”值得一提的是，目前亚马逊也在开发猫量子比特。

Elaia投资总监Sofia Dahoune表示:“作为深度科技投资者，我们相信，社会面临的一些最大挑战可以通过使用研究实验室创造的突破性技术来解决。我们认为量子计算是最有希望改变世界的技术之一，可以在广泛的应用中促进非凡的进步。”

参考链接：

[1]https://thequantuminsider.com/2022/03/10/alice-bob-raises-27-million-euros-to-capitalize-on-scientific-advance/

[2]https://techcrunch.com/2022/03/09/alicebob-a-quantum-computing-startup-raises-30m-to-launch-its-first-fault-tolerant-cat-qubit-computers-in-2023/

[3]https://alice-bob.com/2022/03/10/one-hundred-seconds-bit-flip-time-in-a-superconducting-cat-qubit/

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