亚马逊称新款美洲豹量子计算芯片克服重大障碍

在科技巨头和专业公司的众多公告中，亚马逊成为最新发布新型量子计算芯片的公司。

亚马逊网络服务（AWS）表示，其原型Ocelot芯片可以用竞争对手十分之一的资源创建可用的量子计算机。

AWS量子硬件负责人奥斯卡·佩因特（Oskar Painter）表示：“我们确实找到了一种克服实用量子计算机的重大障碍——错误的方法。”

Ocelot芯片在处理量子比特（qubits）时采用了新技术，这些量子比特是大多数技术所运用的信息比特。

根据AWS的说法，Ocelot在错误纠正方面比其他公司（如谷歌和IBM）开发的量子芯片更加高效。

尽管这些公司在早期量子计算机中数量较多的量子比特上已经在领先，但他们需要更多的量子比特来管理这些错误。

关于这款新芯片的详情今天早些时候已在《自然》杂志上报道。

这款新芯片是科技公司在量子计算研究领域众多公告中的最新进展，此前微软在上周宣布它已迈出了新一步。

总部位于布里斯班的公司PsiQuantum今天早些时候也在《自然》上发布了名为Omega的新芯片的详细信息。

这款芯片是如何工作的？

量子计算机承诺显著比传统计算机更强大，但量子物理学家需要解决很多问题才能让它们变得有用。

传统计算机运行于0和1，而科学家可以操控量子比特，使其可以同时为1和0。这就是它们在处理信息时速度远超传统计算机的原因。

虽然做出了多种类型的量子比特，但它们都非常容易受到微小干扰的影响，这意味着在计算过程中会产生大量错误。

亚马逊的技术使用了一种特定类型的量子比特，称为“猫量子比特”，这一名称源自于薛定谔的猫这一思想实验，该实验讨论了一只同时处于生与死状态的隐喻猫。

大多数量子比特容易受到两种类型的错误，但猫量子比特对其中一种类型的错误更具抵抗力。

然而，直到现在，这让它们在另一种类型的错误上更加脆弱，澳大利亚新南威尔士大学的量子物理学家安德烈·莫雷洛（Andrea Morello）表示，参与此次研究的他并不赞同。

“你强力抑制了其中一种，代价是让另一种稍微变得更糟，”莫雷洛教授表示。

但新研究表明，Ocelot芯片中的量子比特也可以纠正两种错误。

与其他技术相比如何？

还有其他的错误纠正方法，一种特别流行的方式是在计算机中增加更多的量子比特，以便跨越共享信息。

谷歌目前在这项技术上取得了最大的成功，他在去年年底发布了一款芯片。

“在原则上这是不错的，但一旦你开始尝试去做，实际上是非常艰难的，因为使这些代码正常运作所需的开销是令人震惊的，”莫雷洛教授说。

目前估计，这种技术需要大约10,000个物理量子比特来支持每个工作量子比特。

而AWS的技术则理论上只需较少的量子比特就能纠正足够的错误，以实现一个可用的计算机。

Ocelot原型芯片具有九个量子比特，而IBM等其他公司已在单一芯片中集成了数百个量子比特。

佩因特教授表示，他们的计算结果表明，如果所有技术以类似的方式扩大规模，那么他们的猫量子比特技术所需的资源将是竞争对手的五分之一到十分之一。

“我们有理由相信，猫量子比特架构可能会更加快速改进，”佩因特教授说。

但是，使用这一技术构建可用的量子计算机仍然是遥不可及的，首先还需要解决许多扩展问题。

“它们更多的是工程上的挑战，但也并非简单，”佩因特教授表示。

莫雷洛教授也在研究猫量子比特，他表示，AWS的发展令人兴奋。

“AWS在这个领域的时间比谷歌和IBM少，看到他们加速发展真令人满意，”他说。

其他公司如微软正在研究更为新颖的技术，这些技术理论上能够制造出产生更少错误的量子比特。

澳大利亚的“更具扩展性”的猫量子比特

莫雷洛教授的团队在新南威尔士大学宣布他们在今年早些时候成功制作了带有原子的猫量子比特。

尽管他们尚未达到AWS所取得的相同错误纠正能力，但他说他们选择的量子比特在扩展性方面潜力巨大。

亚马逊的量子比特由称为超导体的金属材料制作，而新南威尔士大学团队则使用单个原子制作量子比特。

一旦新南威尔士大学的猫量子比特按照AWS的代码嵌入时，预计其大小为100-500纳米，比亚马逊开发的1厘米芯片小数十万倍。

这些芯片需要数百万个，因此更小的体积在扩大规模时将具有显著优势。

“要实现这一点，我需要更多年的努力和艰辛，”莫雷洛教授表示。