发布日期：2024-12-31 01:11 点击次数：78
本文转自：科技日报情欲印象下载
谷歌量子芯片的打破点在哪儿
——“解读量子谋略新进展”系列报说念之一
图为谷歌“威洛”（Willow）量子芯片。 视觉中国供图 ◎本报记者 刘 霞
编者按 谷歌推出打破性量子芯片、我国超导量子谋略机“祖冲之三号”亮相……近期，国表里量子谋略范畴效用频出。为匡助读者更好了解这一前沿技艺发展动态，本版今起推出“解读量子谋略新进展”系列报说念，先容量子谋略的技艺打破、征询观念及未来应用后劲。
在通往实用纠错量子谋略机的征程上，科学家们再下一城。
前不久，好意思国谷歌公司发布最新量子芯片“威洛”（Willow），称其在谋略速率和纠错才调方面得到“两个紧要衰败”，不到5分钟就完成了面前当先的超等谋略机需要1025年才能完成的任务，为研制实用的大限制量子谋略机奠定了坚实基础。
音信一出，立即引起肤浅存眷。好意思国天外探索技艺公司首席彭胀官埃隆·马斯克和绽开东说念主工智能征询中心（OpenAI）首席彭胀官萨姆·奥尔特曼，也为“威洛”的面世点赞。
何为量子芯片？在科技界掀翻如斯海浪的“威洛”究竟是否有“真才实学”？科技日报记者近日采访筹办大众，对量子谋略一考虑竟。
大限制并行谋略有上风
“量子芯片是行使量子纠缠和量子重迭等量子力学旨趣进行信息处理的中枢部件。”上海交通大学集成量子信息技艺征询中心（IQIT）主任金贤敏对记者证明说念，“传统芯片基于经典物理学旨趣，基本信息处理单元为比特，每个比特只可取值0或1；而量子芯片的基本信息处理单元为量子比特，每个量子比特不错为0或1，或两者的重迭态。这种重迭态的存在使量子芯片好像在兼并时刻处理多种数据，从而比传统芯片更快、更高效地处分某些复杂问题。”
阐明量子力学旨趣，量子纠缠是指两个或多个粒子在互相作用后，它们的现象变得精采筹办，甚至于一个粒子的现象变化会陡然影响到与之纠缠的其他粒子的现象，不管这些粒子相距多远。金贤敏先容：“量子纠缠使量子芯片在处理信息时具有更强的关联性和协同性。量子重迭和量子纠缠使量子芯片在处理大限制并行谋略时具有显赫上风，好像驱散更快的谋略速率和更强的信息安全性。”
“威洛”由谷歌量子东说念主工智能（AI）部门研发，内含105个物理超导量子比特。该部门认真东说念主哈特穆特·内文在公司官网撰文称，“威洛”是部门十几年冗忙研发的结晶，是公司面前最巨大的超导量子芯片。
内文称，在打算和制造量子芯良晌，系统工程是关节。为达到最好性能，他们对芯片的总共组件，如单量子比特和双量子比特门、量子比特重置和读出，皆进行了精熟的打算和集成。此外，他们还集成了一个握续监控系统，其能及时检测“威洛”内可能导致失实的干扰，并自动干扰，以保管谋略经由的完竣性和精准性。
谷歌量子AI部门硬件总监朱利安·凯利说，在他们的全心打磨下，“威洛”得到了两个紧要衰败：一是纠错才调显赫普及，二是处分特定问题运算速率更快。
纠错才调显赫提高
征询团队在发表于《当然》的论文中称，“威洛”初度驱散了低于名义码阈值的量子纠错。中国科学技艺大学训练陆向阳在领受《当然》采访时称其为“一项简直了不得的技艺打破”。
那么，什么是量子纠错？
尽管量子谋略机有后劲驱散超高速运算，但量子比特相当明锐，导致量子谋略机极易出错。况且，量子比特的数目越多，出错的可能性越高。这种极高的易错性，成为拦阻量子谋略走向“星辰大海”的最大“拦路虎”。
素人播播一个处分决议是量子纠错，即通过把多个物理量子比特编码成一个逻辑量子比特，来裁汰出错率。这一步调由好意思国科学家、量子谋略前驱彼得·肖尔于1995岁首度提倡，尔后科学家提倡了好多不同的编码决议。谷歌论文中提到的“名义码”，即是一种常用的量子纠错步调。
量子纠错名义码由俄裔好意思国物理学家、加州理工学院物理系训练阿列克谢·基塔耶夫提倡，即用大要2d2（d为码距）个物理量子比特酿成二维量子比特阵列，从而编码一个逻辑量子比特。名义码就像一个畸形的“保护罩”，用来保护量子信息，使其不受干扰。码距越大，保护的才调就越强，而需要的物理量子比特也就越多。举例，谷歌此次就用了105个物理量子比特，来编码一个码距为7的逻辑量子比特。
物理量子比特与逻辑量子比特之间的关系，如同砖块与墙壁。要思让逻辑量子比特的“墙壁”建得好，当作“砖块”的物理量子比特就要少出错。其出错率必须低于一个特定阈值，不然只会“越纠越错”。
而“威洛”驱散了“越纠越对”。谷歌团队的最新征询标明，“威洛”中逻辑量子比特的数目每加多一次，失实率就会裁汰一半。也即是说，码距为7的失实率是码距为5的一半；码距为5的失实率是码距为3的一半，依此类推。面前，征询团队只展示到码距为7的情况。
内文觉得，这一效用标记着“威洛”驱散了低于量子纠错阈值开动，即在加多量子比特数目的同期，好像裁汰失实率，况且是指数级裁汰失实率。这是构建弥漫精准且实用的量子谋略机的关节里程碑。在此基础上，他们不错束缚加多量子比特的数目，制造越来越大、越来越复杂的量子谋略机，并让其在开动谋略方面变得越来越好。
特定范畴运算更快
凯利称，“威洛”得到的第二猛进展是在处分特定问题时运算速率更快。
赶快电路采样（RCS）基准被肤浅用于量子谋略范畴，是面前量子谋略机可完成的难度最高的经典基准。基于该基准，征询团队让“威洛”与世界上最巨大的超等谋略机之一Frontier（前沿）进行了对决。截止透露，“威洛”不到5分钟完成的谋略，Frontier将需要1025年才能完成，这一时刻是寰球年齿138亿年的700多万亿倍。
凯利觉得，这一截止透泄露在某些应用中，经典谋略和量子谋略之间指数级的差距。
5分钟与1025年，如斯悬殊的数字对比引起了极大存眷。有东说念主不禁遐思，这是否意味着不错用“威洛”高效地挖比特币、开动大模子？对此，陆向阳在此前发布的视频中证明：“实质上，谷歌在这项征询中展示的算力并非通用算力，而是只针对RCS这一特定数知识题的专用算力。”
英国萨里大学谋略机大众艾伦·伍德沃德在领受英国媒体采访时也指示，不要夸大“威洛”在单一测试中的发扬，测试截止并不料味着“威洛”比较传统谋略机驱散了全面提速。不外，他觉得“威洛”在量子纠错才调上的普及，是一个“要紧的里程碑”。
金贤敏则觉得情欲印象下载，量子谋略机的发展不仅需要普及硬件的纠错才调，还需要齐集现时含噪中等限制的量子硬件进行协同打算，充领会析量子硬件的私有上风，并有针对性地建树革命的量子算法与谋略范式，这亦然鼓励量子硬件谋略才调充领会析的必要征询观念。