微軟量子計(jì)算研發(fā)如何？想在核心元件量子比特取得進(jìn)展

11月9日消息，據(jù)外媒報(bào)道，谷歌剛剛宣布實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”(quantum supremacy)，這個(gè)里程碑可以讓量子計(jì)算機(jī)以當(dāng)今技術(shù)無(wú)法想象的速度進(jìn)行計(jì)算。但微軟希望自己在重新設(shè)計(jì)量子計(jì)算的核心元素--量子比特(Qubit)方面取得更大進(jìn)展。

微軟始終在研究名為拓?fù)淞孔颖忍?topological qubit)的技術(shù)，并預(yù)計(jì)其將為量子計(jì)算帶來(lái)無(wú)法想象的好處。微軟量子計(jì)算軟件部門總經(jīng)理克里斯塔·斯沃爾(Krysta Svore)表示，在花了五年時(shí)間搞清楚拓?fù)淞孔颖忍厮璧膹?fù)雜硬件后，該公司近乎準(zhǔn)備好將它們投入使用。

圖：微軟的量子計(jì)算團(tuán)隊(duì)正在研究名為拓?fù)淞孔颖忍氐募夹g(shù)

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為表示0或1的位。然而，通過(guò)被稱為“疊加”的特殊量子物理原理，量子比特可以同時(shí)存儲(chǔ)0和1的組合。量子比特還可以通過(guò)與另一種叫做“糾纏”的現(xiàn)象相結(jié)合，使得量子計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)探索一個(gè)問(wèn)題的大量可能解決方案。

然而，量子計(jì)算面臨的一個(gè)基本問(wèn)題是量子比特很容易受到干擾，這就是為何量子計(jì)算機(jī)的核心被安置在巨大冷藏容器中的原因。然而，即使有了這種隔離，單個(gè)量子比特今天也只能在幾分之一秒內(nèi)完成有用的工作。為了進(jìn)行補(bǔ)償，量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者計(jì)劃采用名為糾錯(cuò)的技術(shù)，將許多量子比特連接起來(lái)，形成一個(gè)稱為邏輯量子比特的有效量子比特。其思想是，即使邏輯量子比特的許多基本物理量子比特誤入歧途時(shí)，邏輯量子比特依然可以執(zhí)行有用的處理工作。

微軟拓?fù)淞孔颖忍氐闹饕獌?yōu)勢(shì)在于，制造一個(gè)邏輯量子比特所需的物理量子比特較少。具體地說(shuō)，使用微軟的拓?fù)淞孔颖忍?，一個(gè)邏輯量子比特需要10到100個(gè)物理量子比特。相比之下，其他方法大約需要1000到20000個(gè)物理量子比特。這意味著，利用微軟技術(shù)構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)只需更少的量子比特就能變得更實(shí)用。

與之相比，谷歌的量子計(jì)算芯片Sycamore使用了53個(gè)物理量子比特。對(duì)于重要的量子計(jì)算工作，研究人員希望達(dá)到至少100萬(wàn)量子比特的水平。

不過(guò)，微軟拓?fù)淞孔颖忍氐囊粋€(gè)缺點(diǎn)是它們還不能使用。替代設(shè)計(jì)可能不能很好地工作，但它們目前正在現(xiàn)實(shí)世界中進(jìn)行測(cè)試。微軟希望將其技術(shù)應(yīng)用于幫助解決化學(xué)問(wèn)題，如更有效地制造化肥，或安排卡車加速運(yùn)輸和減少交通擁堵。

微軟也在努力改進(jìn)量子計(jì)算的其他方面，比如控制系統(tǒng)。在今天的量子計(jì)算機(jī)中，它是由數(shù)百根電線組成的復(fù)雜系統(tǒng)，每根電線都是昂貴的同軸電纜，用來(lái)與量子比特通信。微軟的最新量子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使用的電線要少得多，從216根降到只有3根。 (小小)

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