科研进展导读
近日，深圳国际量子研究院钟有鹏研究员、俞大鹏院士团队在超导量子计算领域取得重要进展，首次实现了基于双轨编码的逻辑多量子比特纠缠。相关成果以“Logical multi-qubit entanglement with dual-rail superconducting qubits”为题，于2026年3月6日在国际学术期刊 Nature Physics 在线发表。
双轨量子比特芯片
内容概述
在量子体系中，环境噪声会导致量子信息快速丢失，如何在噪声存在的情况下稳定、可扩展地处理量子信息，已成为量子计算迈向实用化必须跨越的核心障碍。量子纠错被广泛认为是解决这一问题的根本途径。其核心思想是将多个物理量子比特编码为一个逻辑量子比特，通过冗余编码主动检测和纠正错误，从而在理论上实现错误率的指数级抑制。然而，现实挑战在于，传统量子纠错方案通常需要大量额外的物理比特和复杂的实时反馈控制，高昂的资源开销成为制约量子计算规模扩展的关键瓶颈。
近年来，擦除量子比特作为一种新兴的硬件高效方案受到广泛关注。与传统量子比特不同，擦除量子比特能够在硬件层面识别并标定主要错误类型，将部分随机错误转化为可知错误。这种可检测性显著降低了纠错复杂度，为构建资源更为高效的容错量子计算体系提供了新的路径。在超导量子电路中，实现擦除量子比特的一种重要方案是双轨编码。近年来的研究已初步验证该方案在单比特逻辑操作中的优势，然而，如何在多量子比特层面实现高质量的逻辑纠缠和逻辑门操作，一直是该路线面临的核心挑战。
图1 双轨逻辑比特擦除错误检测，相干性测量以及逻辑单比特门随机基准测试
研究团队基于双轨超导量子比特架构，在可扩展的平面transmon量子芯片上，首次实现了逻辑多量子比特的高保真度纠缠生成。每个双轨逻辑量子比特由一对可调transmon组成，利用其单激发子空间进行信息编码。该设计可将能量弛豫错误转换为可检测的擦除错误，同时利用两个transmon之间的强耦合产生类似被动动力学解耦的效果，显著抑制退相干噪声。实验测得逻辑量子比特的相干时间接近1毫秒，较底层物理量子比特提升一个数量级以上；逻辑单比特量子门误差低至10-5量级。
图2 通过可调耦合器实现双轨量子比特的逻辑两比特纠缠
在此基础上，团队进一步实现了逻辑量子比特之间的可调耦合，首次演示了双轨架构下高保真度的逻辑两比特门，并基于这些逻辑门生成了逻辑贝尔态和三量子比特GHZ纠缠态。值得注意的是，逻辑贝尔态的纠缠寿命较物理贝尔态提升约一个数量级，充分体现了双轨编码结合擦除检测对量子信息的保护能力。
本研究首次在多量子比特层面实现了超导量子电路中双轨量子比特的逻辑纠缠与逻辑门操作，证明该体系不仅在单比特层面具备噪声偏置优势，而且能够扩展到多比特逻辑操作，向可扩展容错量子计算迈出了关键一步。
论文信息
该工作中，南方科技大学博士研究生黄文辉、孙炫东、张家蔚为论文共同第一作者，深圳国际量子研究院林彭夏雨助理研究员和钟有鹏研究员为通讯作者，俞大鹏院士为最后作者。研究工作得到深圳市科技创新局、国家自然科学基金、合肥国家实验室、广东省科学技术厅等单位的资助与支持。
论文链接：
Huang, W., Sun, X., Zhang, J. et al. Logical multi-qubit entanglement with dual-rail superconducting qubits. Nat. Phys. (2026).
https://www.nature.com/articles/s41567-026-03211-9
原文可点击文末左下方“阅读原文”跳转。
