在量子计算的新时代，量子纠错是一个关键挑战。现在，来自日本RIKEN量子计算中心的研究人员提出了一种名为“多超立方体码”的新型量子纠错方法，这种方法利用复杂的几何结构，实现了高编码率和类似于传统高性能计算的并行处理能力。

在《科学进展》杂志上发表的这项研究中，Hayato Goto提出了一种新颖的量子纠错方法，这种方法不仅在理论上具有优雅的几何结构，而且在实践中也显示出了高效纠错和高并行度的潜力。这种方法的核心在于将逻辑量子比特（qubits）编码到多个纠缠的物理量子比特上，然后使用解码器从物理量子比特中恢复逻辑量子比特。

传统的量子纠错方法通常基于将单个逻辑量子比特编码到多个纠缠的物理量子比特上，然后使用解码器来检索逻辑量子比特。然而，这种方法的可扩展性存在问题，因为所需的物理量子比特数量巨大，导致资源开销巨大。

为了克服这个问题，研究人员考虑了高编码率的量子码，如量子低密度奇偶校验码。但这种方法的逻辑门（用于计算的门）需要顺序设置，而不是完全并行，这在时间效率上较低。

Goto提出了一种名为“多超立方体码”的方法，这是一种高编码率的串联量子码方法。这种方法的创新之处在于，逻辑量子比特可以被数学地可视化为形成所谓的“超立方体”——一种包括正方形和立方体以及更高阶形状（如四维超立方体）的形状。代码的数学和几何结构之美是显著的，因为大多数高编码率量子码具有复杂的结构。

Goto强调，为了使新码实现更高性能，他需要开发一种新的专用解码器来解释物理量子比特的结果。这种创新技术基于逐级最小距离解码，允许高性能。与其他类似方法不同，它还允许逻辑门并行设置，这使得系统类似于传统计算机中的并行处理，Goto将其称为“高性能容错计算”。

这项工作取得了成功。这些码实现了高达30%的编码率——Goto表示这似乎是容错量子计算中使用的最高编码率。即使在如此高的编码率下，性能也与常规低编码率码相当。

参考资料：DOI： 10.1126/sciadv.adp6388