局部性和量子电路复杂性。图片来源：自然物理学 （2024）。DOI： 10.1038/s41567-024-02621-x

随着科学家和研究人员越来越多地寻求量子计算来帮助解决复杂的问题并促进我们对宇宙的理解，量子纠错已成为科学研究的一个关键领域。

随着科学家探索量子计算机的实际应用（包括基础科学和未来的技术应用），提高量子计算机的准确性和可靠性至关重要。

2024 年 9 月 3 日发表在《自然物理学》上的新研究记录了一种将非平凡量子纠错码与平凡量子纠错码分开的新方法的发现。

研究表明，这条新的边界线不是任意的，因此代表了量子系统在现实世界中如何工作的基本进展。它不仅为量子计算的未来应用铺平了道路，还为凝聚态（就拓扑顺序而言）和量子引力（就共形场论而言）铺平了道路。

在他们的文章中，研究人员 Jinmin Yi、Weicheng Ye、Daniel Gottesman 和 Zi-温 Liu - 他们的工作都得到了 Perimeter 的支持 - 详细介绍了他们发现的近似量子纠错 （AQEC） 代码属性与量子电路复杂性之间的数学严格联系。使用这种连接，科学家现在可以评估量子代码的精度水平。

此外，研究人员发现 AQEC 代码自然出现，这可能有助于回答物理学中一些最大、最具挑战性的问题。

“我们在可接受和不可接受的代码之间提出的这条新分界线对应于物理意义，”马里兰大学量子信息和计算机科学联合中心的长期教员、现任联合主任 Daniel Gottesman 博士说。“这表明这不仅仅是我们想出的随机东西，而是与一些基本的东西有关。”

这一发现在多个研究领域都有应用。例如，研究拓扑有序（探索分数量子霍尔态和某些超导体等量子材料的复杂特性）的研究人员长期以来一直在努力解决纠缠条件和代码属性之间的差距。这些科学家现在拥有了更好地了解这些条件之间关系的工具，并促进了我们对独特材料的理解。

Perimeter 博士生、该论文的合著者 Jinmin Yi 表示，他们的研究提供了“对这两个概念实际上为什么不同的定量理解”，为未来的研究释放了潜力。

对 AQEC 的研究还为希望将量子力学与爱因斯坦的广义相对论相结合的科学家们发现了有趣的见解，而广义相对论是物理学最持久的挑战之一。具体来说，使用子系统方差评估 AQEC 表明，某些共形场论系统更有可能与引力描述整合。

虽然这些领域中的每一个都值得进一步研究，但初步结果令人鼓舞，并邀请未来探索 AQEC 的范围和用途，以及其物理和实际应用。

更多信息：Jinmin Yi 等人，近似量子纠错码的复杂性和顺序，Nature Physics （2024）。DOI： 10.1038/s41567-024-02621-x

期刊信息： Nature Physics