北京時間6月12日上午消息,，過去30年，研究人員一直試圖開發(fā)能解決任何計算問題的通用量子計算機,。目前,，來自美國加州和西班牙的一支團隊開發(fā)了一款原型設(shè)備,，能解決物理和化學領(lǐng)域的多種問題，而未來還有可能被應(yīng)用至更廣泛的領(lǐng)域,。

D-Wave的量子計算機芯片

　　IBM和加拿大公司D-Wave此前利用不同方式開發(fā)了可提供一定功能的量子計算機,。然而，這樣的設(shè)備無法擴大至更多量子位,，從而解決傳統(tǒng)計算機無法解決的問題,。

　　來自加州圣芭芭拉谷歌研究實驗室的計算機科學家，以及加州大學圣芭芭拉分校和西班牙巴斯克大學的物理學家近期在《自然》雜志上介紹了他們的最新設(shè)備,。

　　南加州大學量子計算專家丹尼爾·利達爾(Daniel Lidar)表示：“從許多方面來看,，這都是出色的成果，吸取了量子計算行業(yè)許多有價值的經(jīng)驗,?！?/p>

　　谷歌的原型產(chǎn)品結(jié)合了兩種量子計算技術(shù)。其中一種技術(shù)使用針對特定問題,、有著特殊排列的量子位去設(shè)計計算機數(shù)字電路,。這類似于傳統(tǒng)微處理器中的訂制數(shù)字電路。

　　量子計算理論的很大一部分基于這種技術(shù),。這其中也包括避免計算結(jié)果偏離的誤差修正方法,。不過到目前為止，基于這種技術(shù)的量子計算機只限于幾個量子位,。

　　另一種技術(shù)稱作“絕熱量子計算(AQC)”,。計算機將特定問題編碼為一組量子位，并逐步調(diào)整這些量子位之間的互動,，以“塑造”共同的量子態(tài),，得出解決方案。從理論上來說,，任何問題都可以被編碼為一組量子位,。

　　谷歌團隊的計算機科學家拉米·巴倫茲(Rami Barends)表示,，這種技術(shù)受到隨機噪聲效應(yīng)的限制，而這種效應(yīng)會引入系統(tǒng)無法修正的誤差,。此外,，這種技術(shù)也無法保證有效地解決任何問題。

　　不過,，全球首款商用的量子計算設(shè)備正是基于AQC技術(shù),。這款產(chǎn)品來自英國公司D-Wave，價格約1500萬美元,。谷歌也擁有一臺D-Wave的設(shè)備,。不過，巴倫茲及其同事認為,，有更好的方式去利用AQC技術(shù),。

　　他們希望找到某種誤差修正方式。如果沒有誤差修正,，那么利用AQC技術(shù)去擴大計算規(guī)模將非常困難,，因為在更大的系統(tǒng)中，誤差的積累將會很快,。該團隊認為,，實現(xiàn)這一目標的第一步是將AQC技術(shù)與數(shù)字方法中的誤差修正技術(shù)結(jié)合在一起。

　　在研究中,，谷歌的團隊采用了9個固態(tài)量子位,。這些量子位由十字形的鋁制薄膜制成，寬度約為400微米,。隨后,，這些量子位被固定在藍寶石表面上。 研究人員將這些鋁制薄膜的溫度降低至0.02開爾文(約零下273攝氏度),，使金屬成為超導(dǎo)體,，電阻完全消失。利用這些超導(dǎo)態(tài)的量子位,，研究人員可以向其 中編碼信息。

　　相鄰量子位的互動由“邏輯門”控制,。邏輯門利用數(shù)字方式去操控量子位,，使其進入某種狀態(tài)，從而得出問題的解,。在演示中,，研究人員對量子位進行排 列，使其模擬有著一定自旋態(tài)的磁性原子陣列,。這樣的問題已經(jīng)在凝聚態(tài)物理中得到了充分研究,。研究人員隨后可以通過量子位去確定總勢能最低的原子自旋態(tài)組 合,。

　 　對傳統(tǒng)計算機來說，這是個非常簡單的問題,。不過,，谷歌的新設(shè)備也可以處理所謂的“non-stoquastic”問題，而這是傳統(tǒng)計算機做不到的,。這其 中包括對多個電子互動的模擬,，這以往需要準確的化學計算機模擬。從量子層面模擬分子和其他物質(zhì)將是量子計算最有價值的應(yīng)用,。

　　利達爾表示,，這種新方法將使量子計算機可以進行量子誤差修正。盡管研究人員尚未做出證明,，但該團隊此前表示,，在9個量子位的設(shè)備上可以做到這點。

　　谷歌團隊的另一名成員阿里雷扎·沙巴尼(Alireza Shabani)表示：“憑借誤差修正,，我們的技術(shù)可以成為通用算法,，從而拓展至任意的大型量子計算機?！?/p>

　　谷歌的設(shè)備目前基本上停留在原型產(chǎn)品階段,。不過利達爾表示，在未來幾年中,，超過40個量子位的設(shè)備將成為現(xiàn)實,。

　　他表示：“屆時，對量子動力學的模擬將成為可能,，而這是傳統(tǒng)硬件做不到的,。這意味著‘量子霸權(quán)’的到來?！?/p>