悉尼大学的量子物理学家Dominic Williamson博士近期开发出一种量子纠错新方法，能够显著减少构建大规模容错量子计算机所需的物理量子比特数量。该研究发表于《自然·物理学》杂志，标题为“通过规范逻辑算子实现低开销容错量子计算”。

这项研究在Williamson博士于美国加利福尼亚州全球科技公司IBM休假期间完成，其设计元素已被整合到IBM构建大规模量子计算的计划中。Williamson博士表示：“我们正处于理论和实验开始趋同的阶段。当前的核心挑战是如何设计能够高效扩展以解决实际问题的量子计算机，我们的工作提供了一个有前景的蓝图。”

量子纠错新方法的核心在于应用规范理论，允许系统跟踪全局活动，例如跨越“量子硬盘”，而无需迫使特定量子态在单个量子比特的局部位置坍缩。量子计算机有望在密码学、材料科学和复杂系统建模等领域带来突破，通过利用量子叠加和干涉解决经典计算机难以处理的问题。然而，量子态的脆弱性使得纠错成为关键挑战。

量子纠错通过将信息编码在多个物理量子比特中来检测和纠正错误，而不干扰计算。传统方法中，保护信息的开销增长迅速，但近期理论突破引入了“量子硬盘”设计，使存储成本与信息量成比例。Williamson博士的研究解决了如何高效处理这种存储信息而不损失效率的难题。

该研究从格点规范理论汲取灵感，这是一个协调局部相互作用与全局守恒定律的框架。规范理论允许跟踪全局属性而不迫使系统进入确定的局部状态，Williamson博士团队将这一思想应用于量子计算机，提供减少错误同时节省计算能力的途径。在新设计中，逻辑处理器与高效量子存储器耦合，引入“类规范”自由度来测量全局信息，使用扩展图数学结构实现高效扩展。

随着全球机构竞相开发可扩展量子硬件，不同纠错策略竞争主导框架。Williamson博士在IBM量子信息理论与纠错小组的实习成果已纳入IBM长期路线图，为降低量子计算机物理资源需求提供了新路径。

出版详情：作者：University of Sydney；标题：《Novel approach to quantum error correction portends a scalable future for quantum computing》；发表于：《Nature Physics》(2026)；杂志信息: Nature Physics