財(cái)聯(lián)社2月23日訊（編輯 周子意）周三（2月22日），科學(xué)頂刊《自然》上公布了一項(xiàng)壯舉：谷歌宣布量子計(jì)算機(jī)在糾錯(cuò)方面已取得突破性進(jìn)展，達(dá)到了通向?qū)嵱昧孔佑?jì)算機(jī)道路上的第二個(gè)里程碑。

(資料圖)

量子計(jì)算機(jī)被譽(yù)為計(jì)算的未來，能夠運(yùn)行一些在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上非常困難或不可能進(jìn)行的計(jì)算。

但它們也容易出錯(cuò)，這是該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問題之一。所以糾錯(cuò)也是量子計(jì)算機(jī)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

在加利福尼亞州圣巴巴拉市的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里，谷歌的研究人員已經(jīng)證明，他們可以通過增大量子比特的數(shù)量來降低計(jì)算的錯(cuò)誤率。谷歌將這一突破稱為，繼2019年“量子優(yōu)勢”里程碑后的第二個(gè)里程碑。

2019年的一項(xiàng)著名實(shí)驗(yàn)得出，谷歌的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)勢”——即執(zhí)行在普通計(jì)算機(jī)上需要數(shù)千年才能完成的計(jì)算。

糾錯(cuò)是個(gè)主要挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的基本信息單位被稱為“位”，以1和0的字符串形式存儲。

在量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，這些單位被稱為“量子位”（量子比特），可以同時(shí)是1和0。量子計(jì)算機(jī)利用量子物理的特性來存儲數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。

從理論上講，這使得量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)強(qiáng)得多，可以執(zhí)行現(xiàn)有計(jì)算機(jī)需要多年才能完成的任務(wù)。

然而，量子計(jì)算機(jī)很容易犯錯(cuò)，這是因?yàn)楦鞣N環(huán)境因素會使量子比特偏離預(yù)期狀態(tài)，例如宇宙射線，這是一種來自太空的高能輻射。

量子比特依賴的量子態(tài)只能維持不到一秒。這意味著，還沒等到計(jì)算機(jī)完成計(jì)算，量子系統(tǒng)中存儲的信息就可能已經(jīng)丟失了。所以，在量子計(jì)算機(jī)中傳遞信息的能力是脆弱的，而熱量和材料缺陷等環(huán)境干擾會導(dǎo)致錯(cuò)誤逐漸增加。

邏輯量子比特

谷歌和Alphabet的首席執(zhí)行官皮查伊（Sundar Pichai）在一篇博客文章中寫道，“我們的量子人工智能研究人員首次通過實(shí)驗(yàn)證明，可以通過增加量子比特的數(shù)量來減少錯(cuò)誤?！?/p>

談及具體方式，皮查伊稱，“我們不是在量子處理器上對每個(gè)物理量子比特進(jìn)行逐個(gè)糾錯(cuò)，而是將一組量子比特視為一個(gè)邏輯量子比特去處理?！?/p>

谷歌量子AI工程總監(jiān)Hartmut Neven博士對此展開了研究。在這項(xiàng)研究中，Neven博士和他的同事們創(chuàng)建了一個(gè)擁有72個(gè)物理量子比特的超導(dǎo)量子處理器，并測試了兩種不同大小的邏輯量子比特：一種是由49個(gè)物理量子比特組成，另一種是由17個(gè)物理量子比特組成。

結(jié)果顯示，量子計(jì)算造成的錯(cuò)誤依舊存在，不過經(jīng)過研究人員統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤率，發(fā)現(xiàn)較大的邏輯量子位的錯(cuò)誤率較低，每輪錯(cuò)誤率約為2.9%，而較小的邏輯量子位的錯(cuò)誤率約為3.0%。

所以說，由49個(gè)量子比特制成的邏輯量子比特的表現(xiàn)要優(yōu)于17個(gè)量子比特制成的邏輯量子比特。

對此，皮查伊稱贊道，“我們的突破代表著我們操作量子計(jì)算機(jī)的方式發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。

還有長路要走

Neven還承認(rèn)，這項(xiàng)突破的改進(jìn)仍然很小，錯(cuò)誤率需要進(jìn)一步降低。

新加坡Horizon Quantum的物理學(xué)家Joe Fitzsimons表示，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室都已經(jīng)在有效糾錯(cuò)方面取得了重大進(jìn)展，谷歌的最新成果具有許多必需的特征。不過量子比特需要有存儲信息的能力，以便計(jì)算機(jī)有足夠的時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，目前谷歌團(tuán)隊(duì)還沒有實(shí)現(xiàn)這一壯舉。

谷歌為自己制定了量子計(jì)算路線圖，其中有六個(gè)關(guān)鍵里程碑。第一是量子優(yōu)勢，第二是最新的糾錯(cuò)結(jié)果，而第六里程碑是一臺由100萬個(gè)物理量子比特組成的處理器，編碼1000個(gè)邏輯量子比特。

Neven稱，“當(dāng)?shù)竭_(dá)第六階段，我們可以自信地承諾其商業(yè)價(jià)值。”

關(guān)鍵詞： 量子計(jì)算機(jī)