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IBM离真正的量子计算更近了一步

导读 关于摩尔的《法律》(Law)已经有了50年的历史,以及它是否能在目前的状态下继续下去,还是需要做出更多的调整。不管怎样,在某种程度上,法律都将崩溃——可能在未来10年内——因为
2020-03-02 11:29:56

关于摩尔的《法律》(Law)已经有了50年的历史,以及它是否能在目前的状态下继续下去,还是需要做出更多的调整。不管怎样,在某种程度上,法律都将崩溃——可能在未来10年内——因为只有到目前为止,我们才能缩小芯片上的晶体管。量子计算通常被认为是传统计算最合乎逻辑的继承者之一。如果成功的话,它可以刺激许多领域的创新,从通过巨大的大数据存储非结构化信息(这将是发现的关键)到设计超级材料、新的加密方法和药物化合物,而不需要进行试验和错误的实验室测试。

然而,要实现这一切,就必须有人建立一台工作的量子计算机。除了那个巨大的(也是有争议的)D-wave机器,这种情况还没有发生。不过,我们现在又向前迈进了一大步。IBM的研究人员首次发现了如何同时检测和测量位翻转和相位翻转的量子误差。他们还概述了一种新的平方量子比特电路设计,可以扩展到更大的尺寸。

IBM研究公司高级副总裁兼主管阿文德?克里希纳(Arvind Krishna)在一份声明中表示:“量子计算可能具有潜在的变革性,使我们能够解决今天无法解决或不切实际的问题。“虽然量子计算机传统上被用于密码学,但我们发现一个非常令人信服的领域是,实际量子系统有可能解决当今无法解决的物理和量子化学问题。这可能在材料或药物设计方面具有巨大的潜力,开辟了一个新的应用领域。”

这到底是怎么回事?传统计算机通常理解我们所说的位,它只有两个值:1或0。位是两种状态的符号,可以是高电压或低电压,也可以是开关。一个量子位,或量子位,也可以同时容纳这两个值,这被称为叠加-01-两种状态相互之间的相位关系。这种能力使量子计算机至少在理论上比普通计算机快得多。

问题是,量子计算机不能工作,直到你消除所谓的量子退相干,或计算中的错误,由于热,缺陷,或电磁辐射。量子位非常微妙;仅仅测量一个就可以改变它的状态。您可能有一个位翻转错误,这只是意味着相反的状态(例如,1而不是0)。您可能会出现相位翻转错误,这是叠加状态符号中的错误。

所以量子纠错是任何大规模可靠的量子计算机设计的必要组成部分..但是对于以前的概念,您只能同时检测到其中一个或另一个。IBM的解决方案是一个量子位电路,它基于四个过冷的超导量子位元的正方形晶格,放置在大约四分之一英寸大小的芯片上。方形是工作量子误差校正的关键,因为以前的线性设计不允许它。而且这个形状还允许你通过添加更多的量子位来缩放它。

“到目前为止,研究人员已经能够检测到位翻转或相位翻转的量子误差,但从来没有两者结合在一起。以前在这一领域的工作,使用线性安排,只看位翻转错误提供了不完整的信息,一个系统的量子状态,并使它们不适合量子计算机,“IBM量子计算集团的经理杰伊·甘贝塔说。“我们的四个量子位数的结果通过检测两种类型的量子误差让我们克服了这一障碍,并且可以扩展到更大的系统,因为量子位数排列在一个正方形的格子中,而不是一个线阵。

IBM的两项突破详见4月29日出版的《自然通讯》杂志。下一步是可靠和反复地设计和制造“少数超导量子位”,误差率较低。一旦做到了这一点,我们很可能就会走上一个全面发展的量子计算机的道路。而根据IBM的说法,如果一台只能用50个量子比特(qubits)而不是四台,“今天的TOP500超级计算机的任何组合都不可能成功地超越它”,这将是绝对令人惊奇的。

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