2026年8月3日——微软正专注于构建实用级量子计算机，这需要容错逻辑量子比特。这项努力已持续十余年，并采取整体性方法，将硬件、软件和系统架构作为一个单一工程栈协同设计来解决问题。

近日，《自然》（Nature）发表了论文《通过纠错与检测改善量子处理器逻辑错误率》（Improved quantum processor logical error rates via correction and detection），报告了微软设计的纠错协议在 Quantinuum 最先进的离子阱处理器上将逻辑错误率实现了数量级级别的改善——这是两个团队富有成效的技术合作的产物。这些结果是迈向一个更雄心勃勃目标的第一步：一款名为 Magne 的完全产品化逻辑量子比特机器，由微软与哥本哈根的 QuNorth 合作构建和部署，采用 Atom Computing 的中性原子硬件和微软的全栈量子软件。Magne 预计将成为第一台按需向用户提供逻辑量子比特的通用商用机器。

与此同时，微软继续在扩展容错计算所需的纠错码和系统架构，以及使这项工作成为可能的工具链上不断创新。微软还宣布推出 deq——微软量子开发套件（QDK）中用于纠错的最新开源包——该包已在 QEC 2026 上展示，现以 MIT 许可证在 GitHub 上发布。

《自然》论文：基础性纠错成果

《自然》论文报告了微软针对离子阱架构设计和优化的两种新量子纠错码——一种 ⟦12, 2, 4⟧ 碳码（一种由 Knill 的 C₄/C₆ 级联大幅精简而来的构造）和一种定义在四维超立方体上的 ⟦16, 6, 4⟧ 四维超立方体色码（图1）——以及运行这些码的容错协议。

主要结果包括：

• 逻辑运算的可靠性显著超过其底层物理运算——在最强测试协议中提升高达约 800 倍。
• 纠错变成了值得的投资。每轮纠错的逻辑错误率降至未编码物理量子比特的空闲错误率以下——主动保护一个量子比特的成本降至低于放任不管的成本。
• 这些优势在多量子比特、深度电路实验中得以保持。纠错在计算过程中起作用，而不仅仅是在开始和结束时。这是首次证明计算中途重复进行综合征提取能够改善而非降低结果——这是运行任何长容错算法的先决条件。

综合来看，碳码和四维超立方体色码共同越过了盈亏平衡线——编码量子比特的性能优于组成它们的物理量子比特——根据协议不同，优势在一个到近三个数量级之间（图2）。具体细节，包括电路级构造和每轮错误率，参见《自然》论文。

从研究到产品：Magne 的 QEC 栈

《自然》实验是手工构建的。每个码的选择和每个综合征电路都是针对实验设置量身定制的。将同样的能力转化为一个平台是另一种类型的工程，而这正是当前正在进行的工作。编码、综合和实时解码正在成为微软量子软件栈中独立、可测试、具有性能预算的模块，拥有明确的接口和可衡量的错误预算。目标已从创造单项纪录转向按需向用户提供可靠的逻辑量子比特。

该平台的首个商业落点将是 Magne——由微软和 Atom Computing 共同设计和构建、由 QuNorth 在哥本哈根运营的第 2 级弹性量子计算机——这是丹麦出口与投资基金（EIFO）和诺和诺德基金会的联合项目。Magne 将 Atom Computing 的中性原子硬件——超过 1,200 个物理量子比特——与微软的完整量子软件栈相结合，预计将于 2027 年初上线。

“量子纠错（QEC）是实现跨领域广泛应用的真正量子优势的明确先决条件。借助 Magne，用户将终于开始以更可靠计算的形式收获无缝 QEC 的回报，无需担心 QEC 的机制。他们只需要带上自己的逻辑电路。”

——QuNorth 首席技术官 Kasra Nowrouzi 博士

在实际应用中，Magne 将成为首批实现量子纠错的系统之一，让希望受益于逻辑量子比特的用户无需自行实现编码和解码。提供这种体验与其说是增加更多物理量子比特，不如说是构建一个端到端的软件栈——综合、编码、解码、控制、编译和调度——在超过 1,200 个物理量子比特工作时保持稳定运行。

微软在容错方面的进展不止于 Magne。其量子纠错团队继续设计新的码族、更高效的解码策略，以及使这些创新在有用算法所需的规模上切实可行的系统架构。所有这些工作都以在不久的将来将这些软件创新部署到基于马约拉纳的量子机器上为使命。

QDK 纠错：deq 与面向社区开放的工具链

微软量子纠错研究人员用于开发、测试和部署新纠错技术的工具链正在作为 QDK for error correction 的一部分开源。这些正是将集成到 Magne 中的软件包，它们向更广泛的社区开放，既可用于 Magne，也可用于更广泛的纠错研究，以帮助加速通往容错量子计算的路径。

QDK for error correction 是一系列聚焦、可组合的软件包。已经可用的包括用于二元线性代数（binar）、Pauli 与 Clifford 代数（paulimer）以及快速稳定子模拟（pauliverse）的高性能 Rust crate 和 Python 包——这些是在自定义码或容错器件接触硬件之前设计、验证和基准测试所需的构建模块。

最新开源的组件是 deq——首个使容错计算真正可组合的解码系统。在物理层面，可组合性是免费的：逻辑门序列就是物理门连续运行。解码则恰恰相反。每个逻辑门的解码问题取决于周围的电路，而非孤立存在的门，而在真实计算中将这些问题拼接在一起，迄今为止需要人类专家手工标记每个部分。deq 端到端地自动化了这一拼接过程，实现了所有可扩展方案都假设存在但从未实现的功能。

deq 还采用模块化设计，允许将核心解码算法作为一项工程决策来选择和重新调整。同一个针对 Magne 经典控制平面的 deq，可以重新定向到大学实验室的表面码实验，或离线用于对设计中的自定义码进行基准测试。模块化在这里很重要，因为解码是物理、码距、经典计算预算和最终应用精度相互作用的层；针对给定工作负载的最佳解码器取决于这四个因素。

微软的 QDK 提供的功能不止于纠错。其量子资源估算器允许研究人员测试量子算法的功能，并准确估算运行这些算法所需的量子资源。QDK for error correction、deq 以及当前可用的其余工具链均以 MIT 许可证在 GitHub 上发布。随着工具链的发展，预计将陆续发布新的开源 QDK for error correction 软件包。

“Magne 还将使 QEC 研究人员能够开发、测试和部署新型 QEC 码。微软兼具开放性和模块化的 QEC 工具，与 Atom Computing 在 1,200 多个物理量子比特规模上的全连接性相结合，使 Magne 成为推进 QEC 的绝佳平台，为未来第 3 级容错量子计算机铺平道路。”

——QuNorth 首席技术官 Kasra Nowrouzi 博士