一些量子计算机制造商巨头，例如IBM和谷歌的量子计算发展路线图中皆部署了“量子纠错（Quantum error correction, QEC）”技术，希望通过此项技术来实现所谓的容错量子计算，因为这些公司将来需要将其量子计算机的量子比特数量扩展到数千，甚至数万个。QEC是一种用于识别并修正量子计算机错误的算法，它能够借鉴经过验证的数学方法，来设计特殊的“抗辐射”经典微处理器，并将其部署在太空或其他更容易发生错误的极端环境中。世界各地的实验室中，都可以看到关于QEC的演示，进一步证明了QEC是一项可行的技术方法。图1｜量子纠错技术（来源：ACM）Q-CTRL是澳大利亚一家大型量子计算机软件提供商，Michael J. Biercuk作为其首席执行官，同时也是悉尼大学量子物理和量子技术教授。他认为，今年，量子纠错可能会为量子计算硬件带来净收益。不幸的是，蓬勃发展之下，容易出现误导，错使人们相信QEC技术就是未来量子计算弊端的灵丹妙药。当QEC与容错量子计算理论相结合时，从原则层面来看，工程师们可以建造一台任意大小的量子计算机。且如果操作得当，该计算机可以进行任意时长的计算。从这点来看，这项技术是惊人的，因为其前景支撑着整个量子计算机科学领域：也就是用运行QEC技术的逻辑量子比特，取代所有的量子计算硬件，这样一来，实现这世界上最复杂的算法也不算难事。例如，Shor（秀尔）的算法只需部署几千个纠错的逻辑量子比特，就可以让比特币变得不安全。图2｜量子计算威胁比特币安全（来源：Medium）而当人们开始审视QEC的具体实施细则时，挑战就来了。执行QEC算法本身，就是一件十分消耗资源的事情，因为这个过程需要更多的量子比特和操作。回到工业界对于1000个量子比特机器的承诺，这个十分消耗资源的过程可能要求1000个量子比特中包含5个有用的逻辑量子比特。且执行QEC所必须做的额外工作量，所引入的错误比修正更多。
2. QEC的前世今生
围绕QEC展开的研究可以追溯到20世纪90年代末，当时引入了一些数学技巧，放宽了相关的开销，使逻辑量子比特更轻松地进行计算，同时不会影响到正在进行的计算。当时在蓬勃发展的同时，也带来了巨大的收益，使达到盈亏平衡点。实际上，执行QEC比不执行QEC要好，至少比原来的预测接近1000倍。尽管如此，实验表明大多数情况下，什么都不做要比执行QEC至少强10倍。这就是为什么美国情报机构运行的一个重要公共部门，在过去四年中的主要研究项目，是仅用一个逻辑量子比特，寻求最终跨越实验性硬件的盈亏平衡点。Q-CTRL的首席执行官Michael J. Biercuk补充说，明确达成这一目标的时间可能就在2021年，但这仅仅是技术发展的开端，并非结尾，余下还有很多工作要做。图3｜Michael J. Biercuk（来源：悉尼大学）