前沿物理学
量子纠错与退相干
研究三量子比特重复码：综合征测量可在不破坏编码态的情况下定位比特翻转错误，并验证当错误率 e 较小时译码失败率 低于 。调节噪声水平，观察退相干与编码的盈亏平衡点。
器材
- 三个编码量子比特与虚拟综合征表
- 噪声滑块（比特错误率 e）
- 模型的参数与物理参数滑块
- 读数 $p_{fail}=3e^2-2e^3$ 与译码保真度
实验步骤
观察综合征检错
保持低噪声：画布上随机比特翻转偶会使三个量子比特之一翻转，综合征（各对比特间的不一致）在不读取编码值的情况下指出错误位置——量子叠加因而得以保持。
测量译码失败率
增大噪声 e 并读数：该码能纠正一个错误，但两个同时错误会骗过多数表决，给出 。当 e = 1% 时 ——比裸量子比特好约30倍。
寻找编码的盈亏平衡点
继续把 e 增大到数十个百分点：保真度曲线显示当 e > 1/2 时编码弊大于利。从图上估计交点 （e = 1/2），并讨论为何实用译码器在更大表面码上需要约低于 10% 的物理错误率。
模拟
实验历史
量子态的脆弱性——退相干——由埃里希·约斯与H·迪特尔·泽赫在20世纪70年代初分析，许多人曾认为它使量子计算不可能。1995年彼得·肖尔证明相反：九个量子比特可编码一个能同时抗比特与相位错误的逻辑比特，开创了量子纠错理论。
安德鲁·斯蒂恩1996年给出7比特CSS码，基塔耶夫、布拉维与弗里德曼–迈耶在90年代末建立了拓扑（表面）码——如今成为谷歌与IBM容错量子计算机的主导架构。2023–2024年谷歌量子AI实验表明更大的表面码能降低逻辑错误率——这是“低于阈值”纠错的第一个里程碑。