文丨恩里科排版丨恩里科行业动向4200字丨12分钟阅读内容提要在此前的文章容错跨过门槛微软与 Quantinuum 取得量子纠错重大进展内附Nature下载当中我们讲述了纠错领域的突破微软与 Quantinuum 在《Nature》发表成果纠错后的逻辑电路首次在多比特电路基准中稳定优于相应的物理基线结合量子纠错、错误检测和后选择逻辑电路相对物理基线的错误率最高改善约800倍。2026年7月Quantinuum与软银联合发布白皮书《Quantum Computing Frontiers》。在其中的量子化学算法级测试中带纠错的编码电路虽然优于编码但不纠错的版本却仍未跨过未编码基线在较浅的电路上纠错自身的开销甚至超过了它抑制的错误。量子计算正在经历一次“换尺子”的阶段。此前IBM重新审视QV是因为单一综合指标已经难以描述复杂硬件能力而在量子纠错领域类似的问题也正在出现证明纠错有效并不等于证明整条算法值得采用。01看起来一成一败其实换了把尺子先回顾此前那项《Nature》成果。微软与Quantinuum在离子阱处理器上运行了最多12个逻辑量子比特的电路在贝尔态制备实验中团队结合错误检测与后选择将逻辑电路错误率从物理基线的约0.8%降至约0.001%对应约800倍改善重复纠错中的每轮错误率改善约51倍随后团队又使用Tesseract编码运行Path-4、Cube-8和Cat-12等多逻辑比特电路分别取得约15倍、11倍和22倍的改善。它的意义在于纠错不再只是让一个逻辑比特活得更久或让一个逻辑门做得更准而是开始穿过编码、逻辑操作和多轮纠错在实际电路中产生可以测量的净收益。但边界也很清楚那项实验主要集中在Clifford电路实时解码、条件前馈和通用逻辑门仍待完善。新白皮书把问题进一步推向了算法级它也因此暴露出此前部件级实验尚未充分呈现的系统成本。过去量子纠错领域讨论break-even通常围绕局部或部件级指标展开。所谓break-even是指带纠错的逻辑实现开始优于相应的未编码基线例如逻辑比特保存得更久、逻辑门错误率更低或逻辑态制备更可靠。白皮书把这一判断推进到算法级一条具有算法结构的完整基准电路执行下来带纠错的编码实现能否超过同一算法结构的未编码基线。评价对象由局部性能转向了整条算法的整体执行质量。02把纠错放进真实算法在白皮书当中其中的一个章节是关于量子化学的。此前的量子纠错实验更多关注单个逻辑操作或有限深度电路而Quantinuum与软银的这项工作进一步尝试将带纠错的编码电路直接用于一个完整算法流程。在量子化学这一案例中研究人员并不是简单比较“纠错”和“不纠错”两种情况而是设计了三种实现方式用来拆解纠错带来的收益与成本。第一种是未编码物理电路。它直接使用物理量子比特执行计算不引入逻辑编码和纠错流程代表当前硬件直接运行该任务时的参考基线第二种是编码但不纠错的逻辑电路。该方案已经将物理量子比特组织成逻辑量子比特但不执行错误检测和纠正用于观察单纯引入编码后系统性能的变化第三种是编码且纠错的逻辑电路。在逻辑编码基础上进一步加入纠错流程希望通过额外的操作降低计算过程中的错误。这三种实现方式之间的比较分别回答三个递进的问题编码是否值得通过比较未编码物理电路与编码但不纠错的逻辑电路可以观察引入逻辑编码后带来的额外成本。纠错是否有效通过比较编码且纠错与编码但不纠错的逻辑电路可以判断纠错机制本身是否降低了错误。纠错是否已经值得投入通过比较编码且纠错与未编码物理电路才能判断纠错带来的收益是否已经覆盖编码、纠错以及额外控制流程带来的全部成本也就是是否达到算法级 break-even。图 三种电路得到的误差大小比较图片来源根据《Quantum Computing Frontiers》Fig. 3.3 k5处数据制作实验结果显示编码且纠错的逻辑电路优于编码但不纠错的版本说明纠错机制确实发挥了作用但与未编码物理基线相比当前实现仍未体现整体优势这也是白皮书认为尚未达到算法级 break-even 的原因。因此这次实验揭示的并不是“纠错失败”而是当纠错真正进入完整算法流程后评价标准也随之发生变化。量子前哨IDQforepost认为问题不再只是纠错能否降低错误而是降低错误带来的收益是否足以覆盖整个系统为此付出的成本。03为什么纠错有效却还没有赢量子纠错不是覆盖在电路外的一层免费保护壳。它本身也要调用额外的量子门、辅助比特、测量和条件判断而这些操作同样会出错。这次实验至少摊开了三笔账纠错的固定成本、等待造成的记忆误差以及非Clifford操作带来的系统开销。第一笔纠错有固定成本白皮书中最值得看的地方是带纠错和不带纠错的曲线发生了交叉。在H2-2上电路深度参数为1或2时编码但不插入纠错部件的电路表现更好深度达到3及以上后带纠错版本才开始在编码电路内部占优但仍未超过未编码基线。原因并不复杂浅电路原本没有积累多少错误纠错新增的量子门、测量和等待反而成为主要负担电路继续加深后被纠错挡下的损失才开始超过这些固定开销。纠错不是一装上就能获利而是存在回本门槛。图 在H2-2上浅电路中不插入纠错部件的编码电路表现更好随着电路加深带纠错版本才开始在编码电路内部占优。图中退相干参数q越小越好。图中H2代表H2-2H2(NoQEC)代表H2-2上未插入纠错部件的编码电路H2-E(L)代表H2-2E噪声模拟器上的未编码基线。图片来源Quantinuum SoftBank《Quantum Computing Frontiers》Fig. 3.3第二笔等待也是一种错误这次实验没有跨过算法级break-even的直接原因之一是长时间闲置带来的记忆误差。编码、解码和纠错过程中大量离子需要等待其他操作完成离子链还要被搬运和重排才能让不同位置的量子比特相互作用。离子阱的高连接性能够支撑复杂的非局域纠错电路这是优势但实现这种连接也需要时间。递归门隐形传态和纠错部件中都包含“测量—判断—继续操作”的嵌套条件流程进一步拉长了部分比特的闲置时间。码距为3当等待和输运期间的记忆噪声不断累积其有效强度就可能超过编码的保护能力最终把逻辑错误率重新推回未编码基线之上。白皮书的分项模拟显示随电路加深明显累积的主要是门与读出误差以及非相干记忆噪声相干记忆误差已经通过动力学退耦得到较好抑制。硬件本身也提供了相应机制H2与Helios分别提供了自动退耦与实时调度机制但仍不足以跨过这道门槛。这次不是纠错部件没有作用而是系统为了完成纠错花了太长时间。第三笔有些操作天生就贵此前《Nature》成果主要使用相对容易进行容错实现的Clifford操作而相位估计式电路还需要非Clifford任意角旋转。完整容错通常需要开销巨大的魔法态资源和门合成。魔法态是一种用于实现非Clifford逻辑门的特殊辅助量子态为了获得足够可靠的魔法态还需要进行资源开销很大的魔法态蒸馏和门合成。为了让实验能够在当前硬件上运行团队已经通过选择演化时间和近似旋转角把大部分操作化为Clifford门剩余的任意角旋转则使用递归门隐形传态和错误探测绕开魔法态蒸馏。但这不是消灭成本只是改变支付方式。它节省了魔法态与门合成资源却增加了条件控制、输运和等待而等待恰恰是当前系统最严重的误差来源之一。这不是疏忽而是一次有意识的工程交换少付一笔资源账多付一笔时间账。量子前哨IDQforepost认为三笔账指向同一个事实纠错不是电路之外的保护壳而是电路的一部分。一项成本被压低后往往会以门数、辅助资源、控制复杂度或等待时间等形式在系统的另一处重新出现。从有效纠错到整体获益还差什么白皮书提出的改进方向包括组合使用记忆误差抑制技术、采用更高码距的纠错码并继续推动硬件进步。码距为3的纠错码只能可靠纠正单比特错误电路一长、等待一久累积错误很容易越过它的保护能力。量子前哨IDQforepost认为算法级break-even还取决于两个系统条件一是缩短综合征提取、实时解码、条件前馈和离子输运构成的完整循环二是建立可扩展的非Clifford实现方案不能长期依赖为小型实验量身定制的近似与折中。真正难的不是把每个零件分别做好而是让它们组合起来以后整条计算仍然获利。04量子计算的验收权正在交到用户手里这份白皮书最终要回答的不是机器有多强而是买家的活能不能干完。这份白皮书由Quantinuum与软银联合发布两家公司长期希望探索量子处理器与AI、HPC共同运行的量子AI数据中心。白皮书的核心任务是把算法资源需求与未来硬件路线图对应起来并明确说明这只是一组依赖硬件规模、错误率和纠错开销等假设的技术包络而非确定性预测。在这样的文件中公开写下当前纠错实现尚未跨过未编码基线固然值得注意但比当前实验是赢是输更重要的是它留下了一把可以重复使用的尺子。下一代硬件出来后研究人员可以重新运行同一类算法级基准电路直接观察带纠错实现是否获得了整体净收益。进步不再只表现为更多量子比特、更高门保真度或更长逻辑寿命还可以表现为同一个任务在整条执行链上的整体表现。这也更接近未来量子算力客户的提问方式。企业不会只问一台机器有多少量子比特而会问我的工作负载能否执行结果有多可靠为此需要多少时间和资源前者描述机器后者才接近业务决策。因此《Nature》成果与这份白皮书并不是一次成功和一次失败。前者证明在特定的多逻辑比特电路中纠错带来的错误抑制已经超过其自身引入的开销后者则说明要把这种优势带进包含非Clifford操作、条件流程和长时间等待的算法级电路仍需跨过新的门槛。换句话说量子纠错正在经历一个新的阶段部件级已经赢了算法级还没有。过去我们只能笼统地说量子纠错“还早”。现在至少可以说清楚它差在哪一层、受限于哪些操作代价又以什么形式支付。真正的进步是这笔账终于有了明细。后台回复“量子计算前沿白皮书”获取白皮书pdfReferenceSoftBank Corp. Quantinuum《Quantum Computing Frontiers: A Use-Case Timeline for Quantum Chemistry and Topological Data Analysis》2026年7月。https://www.nature.com/articles/s41586-026-10628-y「END」