北京2021年11月3日 /美通社/ -- 盡管(guan)量子(zi)計(ji)算機(ji)可以解決目前傳統計(ji)算機(ji)無法解決的(de)問(wen)題，但(dan)它對環境的(de)微小(xiao)變化非常(chang)敏感，也(ye)更容易(yi)出錯(cuo)。

為加速量子(zi)計(ji)算技(ji)(ji)術和應(ying)用(yong)的(de)發展，亞馬(ma)遜云科技(ji)(ji)在2019年推出亞馬(ma)遜云科技(ji)(ji)量子(zi)計(ji)算中(zhong)(zhong)心。亞馬(ma)遜云科技(ji)(ji)日前(qian)在美(mei)國加州理工學院 (Caltech)建(jian)設了(le)一個新的(de)量子(zi)計(ji)算中(zhong)(zhong)心，致(zhi)力于(yu)構建(jian)“容錯(cuo)”量子(zi)計(ji)算機。該中(zhong)(zhong)心的(de)團隊(dui)成員將專注(zhu)于(yu)開發更強大(da)的(de)量子(zi)計(ji)算硬件，并發現量子(zi)技(ji)(ji)術的(de)新應(ying)用(yong)。

亞馬遜云科技量子計算中心將致力于解決以下五大挑戰：

第一：制作更多、更好的量子比特

傳統計(ji)算(suan)(suan)機使(shi)用(yong)(yong)比特(te)位(wei)（通(tong)常在代碼中表示為(wei) 1 或(huo) 0 的(de)(de)(de)(de)值(zhi)）作為(wei)最基(ji)本的(de)(de)(de)(de)信息單位(wei)。比特(te)位(wei)可以(yi)是具有(you)兩種(zhong)不同狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)任何東西。例如(ru)(ru)，打開(kai)或(huo)關(guan)閉的(de)(de)(de)(de)燈，或(huo)打開(kai)或(huo)關(guan)閉的(de)(de)(de)(de)門。但是量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機使(shi)用(yong)(yong)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)或(huo)“qubits”（通(tong)常是電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)光子(zi)(zi)(zi)(zi)等基(ji)本粒子(zi)(zi)(zi)(zi)）進行計(ji)算(suan)(suan)。與比特(te)位(wei)不同，量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)可以(yi)被操縱以(yi)存在于稱為(wei)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)狀(zhuang)態(tai)(tai)中，可以(yi)同時為(wei)1和0，以(yi)及介(jie)于兩者(zhe)之間的(de)(de)(de)(de)所(suo)有(you)可能狀(zhuang)態(tai)(tai)。加上(shang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)狀(zhuang)態(tai)(tai)中量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)的(de)(de)(de)(de)其他一些同樣令人費解(jie)的(de)(de)(de)(de)行為(wei)，量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)機可以(yi)比任何當(dang)前或(huo)未(wei)來(lai)的(de)(de)(de)(de)傳統計(ji)算(suan)(suan)機更高效地(di)執行某些計(ji)算(suan)(suan)。亞馬遜云科技(ji)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計(ji)算(suan)(suan)中心團隊將(jiang)使(shi)用(yong)(yong)超導材料構建量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)，例如(ru)(ru)在硅(gui)基(ji)芯片上(shang)通(tong)過鋁圖(tu)案化成(cheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)路。讓更多(duo)人理解(jie)制造這些的(de)(de)(de)(de)技(ji)術，將(jiang)有(you)希(xi)望(wang)以(yi)可重復(fu)的(de)(de)(de)(de)方式規模化制造更多(duo)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)比特(te)。

第二：降低噪音。

量(liang)(liang)子(zi)(zi)位(wei)存在于量(liang)(liang)子(zi)(zi)狀態的(de)能力(li)讓(rang)(rang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機在執行某些(xie)計(ji)算時比傳統(tong)計(ji)算機擁有更強大(da)的(de)潛力(li)。但是(shi)讓(rang)(rang)量(liang)(liang)子(zi)(zi)位(wei)保持(chi)這種狀態是(shi)非常具有挑戰的(de)。即(ji)使是(shi)環境中(zhong)最微(wei)小的(de)變化(hua)（被量(liang)(liang)子(zi)(zi)科學家稱為(wei)“噪(zao)音”），例(li)(li)如振(zhen)動(dong)或熱量(liang)(liang)，也會(hui)使它(ta)們脫離疊(die)加態，導致(zhi)其丟失信息并變得更容易出錯。構建成功的(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機的(de)關鍵在于控制這些(xie)錯誤。亞(ya)馬遜云科技將(jiang)通過改進材料(liao)來降低噪(zao)音，例(li)(li)如在超導體表(biao)面每次制備一個原子(zi)(zi)層，最大(da)限度地減少缺陷。

第三：開發更大的量子計算機。

構(gou)建(jian)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計算機最具(ju)挑戰性的(de)(de)一個方(fang)面是如何進(jin)行(xing)擴(kuo)(kuo)展。為了(le)超(chao)越傳(chuan)統計算機已經可以(yi)實現的(de)(de)成就，它們(men)需(xu)要比當前的(de)(de)機器大(da)得多。今天的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計算機“嘈雜”且容(rong)易出錯。量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)研(yan)究人(ren)員(yuan)的(de)(de)目標是從少數(shu)嘈雜的(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)擴(kuo)(kuo)展到具(ju)有數(shu)百甚至數(shu)千個極低噪音量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)位(wei)的(de)(de)機器。新成立(li)的(de)(de)亞馬遜云科技量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)計算中心將致力于(yu)(yu)不斷推動(dong)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)研(yan)究和(he)開發(fa)，包(bao)括用(yong)于(yu)(yu)支持更大(da)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)設備(bei)(bei)所(suo)需(xu)的(de)(de)技術，例如保護(hu)設備(bei)(bei)免(mian)受熱(re)噪聲影響的(de)(de)低溫冷卻系統，以(yi)及構(gou)建(jian)新形式量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)電路(lu)所(suo)需(xu)的(de)(de)納米級制造工具(ju)。

第四：降低糾錯成本。

除了在降(jiang)低噪(zao)音方(fang)面進行(xing)(xing)創(chuang)新，亞(ya)馬(ma)遜云(yun)科技還將(jiang)致力于(yu)(yu)在量(liang)(liang)子計算硬(ying)件(jian)中構建糾(jiu)錯(cuo)功能，使用(yong)冗余的(de)物(wu)理量(liang)(liang)子位集(ji)形成(cheng)“邏輯(ji)”量(liang)(liang)子位，這些量(liang)(liang)子位編碼量(liang)(liang)子信息，可用(yong)于(yu)(yu)檢測(ce)和糾(jiu)正錯(cuo)誤。由于(yu)(yu)生成(cheng)邏輯(ji)量(liang)(liang)子位需要大量(liang)(liang)物(wu)理硬(ying)件(jian)，因此以這種(zhong)方(fang)式執(zhi)行(xing)(xing)糾(jiu)錯(cuo)通(tong)(tong)常非常昂貴且(qie)需要大量(liang)(liang)資源(yuan)。亞(ya)馬(ma)遜云(yun)科技正在研究(jiu)通(tong)(tong)過設計更(geng)有效的(de)方(fang)法，以更(geng)低的(de)成(cheng)本在量(liang)(liang)子硬(ying)件(jian)中實施(shi)糾(jiu)錯(cuo)。

第五：時鐘提速

構建(jian)可(ke)用的量(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機不僅(jin)僅(jin)需要增(zeng)加量(liang)子(zi)比特的數量(liang)。另一個重要的指標是計(ji)(ji)(ji)算(suan)機的時(shi)鐘(zhong)速(su)度，或準確執(zhi)行“量(liang)子(zi)門操(cao)作”所需的時(shi)間。（量(liang)子(zi)門本質上(shang)(shang)是量(liang)子(zi)電路(lu)的組(zu)建(jian) -- 量(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)算(suan)機進(jin)行計(ji)(ji)(ji)算(suan)的模型。）這就(jiu)是超導量(liang)子(zi)位提供優(you)勢的領(ling)域，因為它們更容(rong)易加速(su)量(liang)子(zi)門。亞馬遜云科技試圖構建(jian)更好的量(liang)子(zi)位，而這成功(gong)的最終衡(heng)量(liang)標準是它可(ke)以在多大程度上(shang)(shang)加快時(shi)鐘(zhong)速(su)度同時(shi)減少量(liang)子(zi)門錯(cuo)誤。

亞馬遜云科技量子計算中心

亞馬遜(xun)云科技量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)中心匯(hui)集了來(lai)自亞馬遜(xun)、美國加州理工學(xue)(xue)院和(he)其他(ta)頂級(ji)學(xue)(xue)術研究機構(gou)的(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計算(suan)專家(jia)(jia)。為(wei)支持未來(lai)的(de)量(liang)(liang)子(zi)(zi)科學(xue)(xue)家(jia)(jia)，該中心還(huan)為(wei)學(xue)(xue)生和(he)青(qing)年教職工提供獎學(xue)(xue)金和(he)培(pei)訓機會(hui)。

該(gai)中心的(de)最終目標是構建一(yi)種(zhong)全新類型的(de)計算(suan)機(ji)：一(yi)種(zhong)容錯的(de)量子機(ji)器。這種(zhong)機(ji)器能夠(gou)在計算(suan)精度上超(chao)越經典計算(suan)技(ji)術(shu)，同時，能夠(gou)具有足夠(gou)大的(de)規模來(lai)解決復雜問(wen)題，進而對我們的(de)生活和工作產(chan)生巨大影響(xiang)