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IBM 最近发布了超过 1000 量子比特的首台量子计算机,这在普通电脑的数字比特中简直是个划时代的进步。但公司表示,接下来将转变重心,专注于提高机器的抗错误能力,而不再追求增大其规模。
多年来,IBM 按照一条量子计算路线图稳步前进,大约每年量子比特数翻一番。12月4日公布的这款芯片名为"秃鹰",拥有1121个超导量子比特,以蜂窝状排列。它继承了之前创纪录的鸟类命名系列,包括2021年的127量子比特芯片和去年的433量子比特芯片。
量子计算机承诺实现传统计算机难以触及的某些计算。它们通过利用唯有量子特有的现象,如纠缠和叠加,使多个量子比特同时处于多种集体状态,来实现这一目标。
但这些量子状态也非常不稳定,容易出错。物理学家们试图通过促使几个物理量子比特------例如在超导电路或单个离子中编码的量子比特------共同工作,代表一个信息量子比特,即"逻辑量子比特"。
作为新战略的一部分,该公司还推出了一款名为"苍鹭"的芯片,拥有133个量子比特,但错误率创纪录地低,比它之前的量子处理器低了三倍。
研究人员普遍认为,最先进的错误纠正技术将需要超过1000个物理量子比特来支持一个逻辑量子比特。然后,一个能进行有用计算的机器需要拥有数百万个物理量子比特。
但近几个月来,物理学家对一种叫做量子低密度奇偶校验(qLDPC)的替代错误纠正方案感到兴奋。根据IBM研究人员的预印本,这种方法有望将所需量子比特数减少10倍甚至更多。公司表示,现在将专注于制造旨在仅用大约400个物理量子比特就能容纳几个经qLDPC纠正的量子比特的芯片,并将这些芯片网络化。
哈佛大学物理学家Mikhail Lukin表示,IBM的预印本是"出色的理论工作"。但他也说,用超导量子比特实现这一方案极具挑战性,可能需要数年时间才能进行初步的概念验证实验。Lukin及其合作者进行了类似的研究,探讨使用单个原子而非超导环来实现qLDPC。
qLDPC技术的难点在于,它要求每个量子比特至少直接连接六个其他量子比特。在典型的超导芯片中,每个量子比特只连接两个或三个邻居。但IBM量子的首席技术官、位于纽约约克镇高地的IBM Thomas J. Watson研究中心的凝聚态物理学家Oliver Dial表示,公司有一个计划:它将在量子芯片的设计中增加一层,以实现qLDPC方案所需的额外连接。
IBM今天公布的新量子研究路线图预计到本世纪末将实现有用的计算------例如模拟催化剂分子的工作。"这一直是我们的梦想,也一直是一个遥远的梦想," Dial说。"能够看到从我们今天所处的位置到达那里的路径,对我来说是巨大的。"