微軟和Quantinuum宣佈在量子糾錯方面取得重大突破
微軟和Quantinuum 今天宣佈在量子糾錯方面取得重大突破。利用Quantinuum 的離子阱硬體和微軟的新型量子位元虛擬化系統,研究團隊能夠在運行超過14,000 次實驗時不出現任何錯誤。這個新系統還允許團隊檢查邏輯量子位元,並在不破壞邏輯量子位元的情況下修正遇到的任何錯誤。
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這兩家公司表示,現在量子運算的最先進技術已經走出了通常被稱為”嘈雜中間規模量子(NISQ)計算機”的時代。之所以說”吵雜”,是因為即使是環境中最微小的變化,也會導致量子系統從本質上變得隨機(或”解旋”);之所以說”中間規模”,是因為目前的量子電腦最多仍限於一千多個量子位元。量子比特是量子系統計算的基本單位,類似於傳統計算機中的比特,但每個量子比特可以同時處於多種狀態,並且在測量之前不會落入特定位置,這就是量子在計算能力方面實現巨大飛躍的潛力所在。
如果來不及運行一個基本演算法,系統就會變得太吵雜,無法得到有用的結果,或者根本得不到任何結果,那麼你有多少個位元也就不重要了。
結合幾種不同的技術,團隊能夠在幾乎沒有錯誤的情況下運行數千次實驗。這需要做大量的準備工作,並預先選擇那些看起來已經具備成功運作條件的系統,但與不久前的情況相比,這仍然是一個巨大的進步。
這是量子計算朝著正確方向邁出的一步。還有很多問題有待解決(當然,這些結果也需要複製),但從理論上講,一台擁有100 個這樣的邏輯量子位元的電腦已經可以用來解決一些問題,而一台擁有1000 個量子位元的機器,正如微軟所說,可以”釋放商業優勢”。
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糾纏的量子位元之間的差異(誤差)。透過比較一對量子位元中每個量子位元的圖像可以發現差異,存在的任何差異都會以點的形式出現在每對量子位元的中心圖像上。
研究小組使用Quantinuum 的H2賽道陷波離子量子處理器,將30 個實體量子位元組合成四個高度可靠的邏輯量子位元。將多個物理量子位元編碼成一個邏輯量子位元有助於保護系統不出錯。物理量子位元糾纏在一起,這樣就有可能偵測到物理量子位元中的錯誤並加以修復。
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長期以來,糾錯一直困擾著業界:當然,實體比特的噪音越小、品質越高越好,但如果沒有先進的糾錯技術,NISQ 時代就無從談起,因為這些系統遲早都會解體。
“僅僅增加具有高錯誤率的物理量子比特的數量而不提高錯誤率是徒勞的,因為這樣做將導致大型量子計算機的功能並不比以前更強大,”Azure Quantum總經理丹尼斯-湯姆(Dennis Tom)和微軟高級量子開發副總裁克里斯塔-斯沃爾(Krysta Svore)在今天的公告中寫道。 “與此相反,當具有足夠運行質量的物理量子比特與專門的協調和診斷系統配合使用以啟用虛擬量子比特時,只有這樣,物理量子比特數量的增加才會帶來強大、容錯的量子計算機,從而能夠執行更長時間、更複雜的計算。”
幾年前,邏輯量子位元的性能才開始超過實體量子位元。現在,微軟和Quantinuum 認為,他們的新硬體/軟體系統展示了物理和邏輯錯誤率之間的最大差距,比只使用實體位元的系統提高了800 倍。
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研究人員指出,要超越NISQ,邏輯量子位元和實體量子位元的錯誤率之間必須有很大的差距,還必須能夠修正單一電路錯誤,並在至少兩個邏輯量子位元之間產生糾纏。如果這些結果成立,那麼團隊就實現了這三點,我們也就進入了彈性量子運算時代。
事實證明,這裡最重要的成果可能是該團隊執行”主動綜合徵提取”的能力,即在不破壞邏輯量子位元的情況下診斷錯誤並糾正錯誤的能力。
湯姆和斯沃爾解釋說:「這項成就標誌著我們在不破壞邏輯量子位元的情況下糾正錯誤邁出了第一步,是量子糾錯領域的一個基本里程碑。我們的量子位元虛擬化系統展示了可靠量子計算的這一關鍵組成部分,在多輪綜合徵提取中實現了較低的邏輯錯誤率”。
現在就看量子界的其他成員能否複製這些成果,並實現類似的糾錯系統了,這可能只是時間問題。
Quantinuum創辦人兼首席產品長伊利亞斯汗(Ilyas Khan)表示:「今天的成果標誌著歷史性的成就,是雙方合作不斷推動量子生態系統發展的絕佳體現。微軟最先進的糾錯技術與世界上最強大的量子電腦和完全整合的方法相得益彰,我們對量子應用的下一步發展感到非常興奮,迫不及待地想看到我們的客戶和合作夥伴將如何從我們的解決方案中獲益,尤其是在我們向量子處理器規模化發展的過程中。”
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