逻辑量子比特（logical qubit）

逻辑量子比特就是一个你真正能信赖的量子比特。今天的物理量子比特很脆弱：一丝杂散的热量、一束偶然飞过的宇宙射线，乃至时间本身的缓慢漂移，都会把它们推离正轨，量子信息会在几微秒内悄悄流失。解决办法和你把一个重要电话号码向对方复述两遍的道理一样：把信息分摊到许多份拷贝上，这样即便有几份出了乱码，其余的仍能告诉你正确答案。逻辑量子比特正是把这个思路落到实处——用许多个带噪声的物理量子比特拼出一个可靠的量子比特，并由额外的量子比特不停地盯着错误、随时把它们纠正过来。

但这里有个代价，这也正是人们总爱抛出那些吓人的量子比特数量的原因：这种保护并不便宜。在一种领先的方案——表面码（surface code）——中，单单一个逻辑量子比特就可能要用掉几百到几千个物理量子比特，而且唯有当每个物理量子比特的错误率已经低于大约百分之一的阈值时，这套办法才行得通。于是，一台需要——比如说——一百个逻辑量子比特才能跑出有用算法的机器，底层可能需要几万乃至几十万个物理量子比特来支撑。逻辑量子比特是容错算法所面向的编写单位，但它是一层昂贵的抽象，下面压着一大堆硬件。

这同样是今天与明天之间那条诚实的分界线。我们正处在 NISQ（含噪声中等规模量子）时代：现实中的机器最多只有寥寥几个摇摇晃晃的逻辑量子比特，往往一个完全容错的都没有。那些真正能胜过经典计算机的著名算法，比如 Shor 的大数分解，都假定有许多干净的逻辑量子比特，能在不发生漂移的情况下连续执行很长的门序列。如何足够便宜地造出足够多的逻辑量子比特，正是横在我们手头的量子计算机与新闻标题里描述的那种量子计算机之间的核心工程难题。