三元電子

  English
集團官網 | 工作機會 | 下載中心 | 聯系方式 | 三元社區

量子計算機發展取得重大突破

日期:【2015-05-25】

 

圖片說明:IBM芯片中的四個超導量子比特排列成正方形,首次實現同時檢測兩種類型的量子錯誤,并可擴展到更大的量子系統。圖片來源:IBM Research

       IBM的科學家們日前公布了在實用量子計算機方面取得的兩項重大進展。他們首次實現同時檢測兩種類型的量子錯誤,并且創造性地使用了量子比特正方形排列形式,同時驗證了這種正方形量子比特結構是唯一能夠擴展到更大尺寸的物理結構。

       摩爾定律(計算機芯片制造一直以來遵循的定律)的消亡是必然趨勢,相比之下,量子計算機迎來了它的大好時代。量子計算機不管是在功能還是模擬運算上都將遠遠超越傳統計算機。如果一個由50個量子比特組建成的量子計算機,當今世界前500名的超級計算機全部加起來,其功能都無法超越它。

      IBM的這一突破研究發表在2015年4月29日的Nature Communications上,研究聲稱首次實現同時檢測兩類量子錯誤(比特翻轉和相位翻轉),這兩類錯誤會發生在任何真實存在的量子計算機中。在此之前,科學家們在同一時間只能解決一種類型的量子錯誤,無法同時解決兩類錯誤,但這一難點(同時解決兩類錯誤)正是實現量子糾錯的關鍵一步,同時也是制造具備實用性和可靠性量子計算機的關鍵需求。

       IBM公司的新型復雜量子比特電路由四個超導量子比特組成,是約為四分之一英寸大小的正方形芯片,該結構可以實現同時對兩類量子錯誤進行檢測。不同于以往使用的線性排列方式(無法實現同時檢測兩種量子錯誤),IBM選擇的正方形比特排列設計可以增加更多的量子比特從而為實現大規模量子系統提供可能。

     IBM公司高級副總裁兼研究部主任Arvind Krishna說道:“量子計算會是一種潛在的變革,它可能幫助我們解決今天看來不可能或不切實際的難題。一直以來,科學家已經對量子計算機的加密系統進行了長時間的研究,發現量子系統具備很好的潛在實用價值,它能解決在今天看來無法解決的物理和量子化學難題。同時它在材料與藥物研發等領域也具有巨大潛力,開發出了新的應用領域。”

     例如,在進行物理學和化學研究時,量子計算可以使科學家不需進行昂貴的實驗室實驗并反復經理實驗失敗的情況下設計出新材料和新藥物,并且效率更高。

圖片說明:IBM的研究人員Jerry Chow正在進行量子計算實驗,實驗地點位于紐約市約克敦海茨的IBM托馬斯?沃森研究中心。IBM致力于量子計算研究長達30多年。圖片來源:Jon Simon/Feature Photo Service for IBM

      為適應大數據時代的到來,量子計算機能夠快速處理更大規模的數據庫和大規模存儲多樣化、非機構化的數據。這將改變人們的決策方式并助力研究人員跨行業取得重大發現。

      對科學家來說,掌握量子計算所面臨的最大挑戰之一就是掌控或移除量子退相干(由熱、電磁輻射和材料缺陷引起的計算誤差)。由于量子信息極易被破壞,所以對量子計算機來說量子錯誤的影響尤其嚴重。

     IBM公司量子計算團隊管理人Jay Gambetta說道:“到目前為止,研究人員已經能夠堅持比特翻轉和相位翻轉這兩類量子錯誤,但兩種檢測無法同時進行。在此之前,這一領域使用的是線性排列方法,只能看著比特翻轉錯誤提供著信息不完整的量子系統,而這一系統無法構成量子計算機。我們制造的由四個超導量子比特組成的正方形芯片不同于線性排列的芯片,該結構可以實現同時對兩類量子錯誤進行檢測,并可被擴展用于更大的量子系統中。”

 檢測量子錯誤

     比特是構成計算機的靈魂。就像一束可以開啟或關閉的光束一樣,比特在同一時間只能有兩個值中的一種:即“1”或“0”。然而,量子比特可以同時有效地表示1或0(疊加狀態)。這種信號的疊加意義非凡,疊加屬性使量子計算機能夠在數以百計的可能性中選擇正確的解決方案,性能遠遠超過傳統計算機。

      疊加狀態下發生的兩類量子錯誤,一類叫做比特翻轉(0錯誤地變現為1,反之亦然),之前得研究工作已經完成了量子比特對這類錯誤的檢查。然而這對量子糾錯來說還遠遠不夠,因為還存在另一種量子錯誤——相位翻轉(疊加態中0和1之間相位關系信號發生翻轉)。為了量子計算能夠正常進行,這兩類錯誤必須能夠被同時檢測到。

      事實上量子信息非常脆弱,這是因為當信息進行交互和受到電磁輻射時會發生量子信息丟失。研究人員找到了一種可以更長時間保存信息的方法,即通過大量物理量子比特來進行信息傳遞。“Surface code”是量子比特傳遞量子信息時的一種特殊糾錯方案,即只允許最為臨近的位置交互來編碼一個邏輯量子比特,從而確保該操作不出差錯且足夠穩定。

      IBM的研究小組使用了各種技術來測量兩個獨立的量子比特的狀態。他們分別揭示了兩個量子比特(編碼/數據量子比特)存儲的量子信息的相關情況。具體來說,一個量子比特用于驗證是否比特翻轉錯誤會出現在任一編碼量子比特,同時檢測另一個量子比特是否發生了相位翻轉錯誤。確定編碼量子比特之間的連接信息是進行量子糾錯至關重要的一步,因為直接測量編碼量子比特會破壞其中包含的信息。

      量子比特的設計和制造可以使用標準的硅制造技術,因此,IBM預期一旦少量超導量子比特能夠進行穩定且重復地制造生產,并將錯誤率控制在較低范圍,那么就再沒有什么能阻擋量子比特發展的腳步了。

 

 

[email protected]
技術技持:暢郵網絡
Copyright 2014 浙江三元電子科技有限公司 所有版權
捕鱼游戏画面 自发文章赚钱的自媒体是 快乐10分开奖直播草稿 海南彩票论坛808 BK娱乐游戏 问道新区挖宝图赚钱吗 吉林11选5开奖号码 南京麻将入门教程 快乐飞艇 河北时时彩官网 卖淫赚钱吗 宁夏麻将的下鱼什么意思 香港赛马即时赔率网站 小区买大锅饼赚钱吗 棒球比分 昨天湖北快3走势图 0456棋牌娱乐游戏中心