新技术或加速量子计算突破

本文转自：参考消息

参考消息网5月1日报道 据美国趣味科学网站4月29日报道，加拿大初创公司北方量子计算公司的研究人员提出，制造比最快超级计算机更为强大的量子计算机可能比专家预测的时间更早实现。

因为这家公司已经建立了一种单独纠错物理量子比特，可大大减少实现量子优势所需的量子比特数量。量子优势正是量子计算机的真正有用之处。

最终，这有望带来一款实现量子霸权的机器，量子霸权正是量子计算机比传统计算机的强大之处。

与传统比特把数据编码为1或0不同，量子比特依据量子力学定律实现“相干”，把数据编码为1或0的叠加，也就是说，数据在两种状态下同时编码。

量子计算机可通过量子纠缠将多个量子比特连接在一起(不论量子比特在时空上多么分离，它们都能共享同样的信息)，平行处理计算；而传统计算机只能按顺序处理计算。

但是，量子比特是“嘈杂的”，这意味着它们极易受到环境干扰，例如温度的变化，出现较高错误率。因此，它们常常需要将温度冷却到接近绝对零度，但是即便如此，它们仍然可能在计算中途陷入量子“退相干”，因外部因素而失败。

这种高错误率意味着量子计算机需要拥有数以百万计的量子比特，才能实现量子霸权。但是，今天最强大的量子计算机只包含1000个量子比特。

这就是为何相关研究高度聚焦减少量子比特错误率的原因所在。减少错误的办法之一就是建立“逻辑量子比特”，其中若干量子比特纠缠在一起，在计算过程中表现为单个高效、无差错的量子比特。这要取决于冗余——计算机科学的一个概念，相同的数据储存在多个地方。

北方量子计算公司的科研人员采取了不同的方法，设计了一种单独的物理比特，然后在操作过程中采用玻色子编码，减少单个量子比特级的错误。

他们在4月12日发表在《物理评论快报》周刊上的一份研究报告中列举了研究发现。玻色子编码是专门用于使用玻色模系统的纠错编码。他们利用玻色子的量子特性，防止信息出错。

北方量子计算公司的科研人员构建了一个“玻色子量子比特”，其体积与核桃差不多，由多达10个微波光子组成，这些光子在冷却到接近绝对零度的高纯超导铝腔内共振。

然后，在计算过程中再应用玻色子编码，纠正两种量子错误——“位翻转”(当0和1被解读为对方时)和“相位翻转”(量子比特为正或为负的概率翻转)。

他们这种玻色子编码可将单个量子比特的相干时间延长14%，科研人员说这是迄今为止最好的结果。科研人员在论文中写道：模拟还表明，如果在现有单个量子比特上添加额外的量子比特，纠错不仅可行，而且可能更加强大。

北方量子计算公司首席技术官、论文作者之一朱利安·卡米朗·勒米尔告诉趣味科学网站，仅在量子计算机中使用数以百计的这种量子比特，就能产生量子优势——而不是科研人员之前以为需要数以百万计的量子比特。

尽管如此，量子霸权的障碍仍然存在。勒米尔指出，大型量子计算机需要“少量物理量子比特”纠正玻色子编码漏掉的微乎其微的错误。

该公司的下一步计划就是用多个纠错物理量子比特建立一套系统，预计今年秋天完成。勒米尔说，如果一切按计划进展，北方量子计算公司希望在2028年之前发布一台拥有大约100个这种量子比特的量子计算机。（编译/郑国仪）