DARPA计划的突破有望带来更实用的量子计算机

2023年12月12日 15:29 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

美国国防部高级研究计划局(DARPA)的一项计划宣称在量子计算领域取得了重大突破。噪声中级量子设备优化(ONISQ)项目创造了世界上第一个具有逻辑量子比特(量子比特)的量子电路。

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量子计算基于一些看似神奇或疯狂的概念,有可能彻底改变我们对计算机的认识。通过利用量子效应和一些相对复杂的数学知识,量子计算可以将信息处理速度提高到经典计算的几个数量级,并推动人工智能、生物化学、密码学等更多领域的发展。

这一切都令人印象深刻,但在实现过程中却磕磕绊绊,因为事实证明,要让量子计算超越实验阶段是相当困难的。部分原因是量子计算的错误率非常高,这并不奇怪,因为量子计算的原理基于这样一个事实:与经典计算的一和零二进制不同,有些东西可以是一,也可以是零,或者同时是一和零。

诀窍在于找到一种方法,通过将这些容易出错或"噪声"的处理器与经典系统相结合,使其变得更加实用。就 DARPA 而言,这涉及到通过开发逻辑量子比特来重点解决国防和工业中出现的优化问题,逻辑量子比特是一种更高级别的抽象概念,其作用类似于量子算法,它基于Rydberg量子比特,而Rydberg量子比特是一种物理元件,其作用类似于双态量子系统。

DARPA国防科学办公室ONISQ项目经理Mukund Vengalattore博士说:"Rydberg量子比特具有特性均匀的有利特点--这意味着每个量子比特的行为方式都与下一个量子比特无异。其他平台(如超导量子比特)则不然,每个量子比特都是独一无二的,因此不能互换。"

"Rydberg量子比特的同质性使它们能够快速扩展,也使它们能够通过量子电路上的激光器轻松操控和移动。这就克服了目前执行量子比特操作时必须按顺序连接它们,从而在整个芯片中传播错误的易错方法。现在可以想象在量子芯片上对量子比特进行动态重新配置,不再局限于按顺序运行量子电路。现在,我们可以使用激光镊子将整个量子比特集合(所有量子比特)从电路中的一个地方带到电路上的另一个地方,运行一个操作,然后将它们放回原来的位置。可动态重新配置和可移动的雷德堡逻辑量子比特为设计和构建可扩展的量子计算处理器开辟了全新的概念和范式"。

目前,DARPA 已经连接了 48 个逻辑量子比特,但要达到实用量子计算机所需的复杂程度,还需要更多的逻辑量子比特。不过,这将远远低于最初想象的容错量子计算机所需的数百万个量子比特。

DARPA 技术顾问 Guido Zuccarello 博士说:"如果有人在三年前 ONISQ 计划开始时预测,Rydberg(一种具有一个或多个电子的激发原子,具有非常高的主量子数)中性原子可以作为逻辑量子比特,没有人会相信。"

这是 DARPA 对这些研究较少的量子比特以及研究较多的离子和超导电路的潜力下注的方式。作为一项探索性计划,ONISQ 为研究人员提供了探索独特的新应用的余地,而不仅仅局限于优化重点。因此,哈佛大学领导的团队能够利用这些雷德堡量子比特的更多潜力,并将它们转化为逻辑量子比特,这是一个非常重大的发现。

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