Google 研究人員讓量子計算更加可靠

日前，來自Google和加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）的研究人員宣佈，阻礙量子計算機發展的關鍵問題之一的解決方案已經被驗證是可行的。雖然仍有更多問題亟待解決，但該領域的專家紛紛表示，人類向製造出功能齊全的量子計算機又邁出了重要一步。這樣一台量子計算機可以輕鬆完成傳統電腦數百萬年才能完成的計算工作。
Google和 UCSB 的研究人員向外界展示了他們對多組量子比特進行編程的能力，依此來檢測某些特定類型的錯誤，並防止這些錯誤毀了一次計算過程。其中用到的量子比特是指那些利用脆弱的量子物理學代表信息的設備。

UCSB 的教授 John Martinis 去年加入並牽頭成立了量子計算研究實驗室，在一年的時間裏帶領研究人員們取得了這些最新進展。Martinis 現在在 UCSB 和Google都是關鍵人物，他正帶着團隊進行着可以在稍稍高出絕對零度的温度上正常運轉的超導鋁芯片的研發工作。《自然》雜誌近日報道了這項最新研究成果，而該成果背後的大量工作在 Martinis 加盟Google之前就已經完成了。


2009 年開始，Google和一家銷售所謂的「第一台商業量子計算機」的初創公司 D 波系統（D-Wave Systems）展開了合作，之後就一直在量子計算領域進行探索。另一家科技巨頭微軟不甘落後，也展開大規模的量子計算研究項目。

要製造一台量子計算機，需要佈線許多量子比特以便將信息集中。但是這些製得的設備很容易出現錯誤因為它們利用微妙的量子力學效應來表示比特數據 0 和 1，但是量子力學效應只在極低的温度和特別細微的範圍內才能被檢測到。這使得量子比特獲得了一種「疊加狀態」，即同時有效地表示 1 和 0，進而允許量子計算機在進行復雜計算時可以走「捷徑」。不過，這也使它們容易受到熱量和其他因素的干擾，扭曲或破壞對信息進行編碼和執行計算的量子態。

大多數的量子計算研究都將重點集中在尋找可以檢測和修復錯誤量子比特系統。Martinis 的團隊已經證明了這麼做是最有前途的解決方案之一，即一種稱為「表面代碼」（surface codes）的方法。研究人員對一塊具有九個量子比特的芯片進行了編程，讓它們互相監視對方是否出現一種叫「比特躍遷」（bit flips）的錯誤，環境產生的噪聲會導致 1 躍遷到 0，反之亦然。量子比特並不能糾比特躍遷，但它們可以採取相應的行動以確保它們沒有破壞一次運行的後續步驟。

安大略省滑鐵盧市圓周理論物理研究所的量子糾錯工作人員 Daniel Gottesman 表示，在所有容錯量子計算所需的元素到位之前，仍然有很多工作需要人們去做，但可以確信的是，人們離成功已經不遠了。

然而目前所需的這些元素並非微不足道的。Martinis 和同事們目前研究的比特躍遷可以通過常規計算機工作的經典算法得以解決。在物理學中被稱為「相位」的量子比特的量子性質被環境噪聲所改變，從而產生一個棘手的錯誤，這種錯誤只可以使用更復雜的利用到量子效應的算法來解決。來自Google的量子電子工程師 Austin Fowler 表示，團隊目前正在着手解決這一問題，同時還在研究如何在不少於九個量子比特上示範錯誤檢查。
儘管如此，Martinis 等人最近的研究成果仍使得 Daniel Gottesman 對於在不久的將來研究出全套的誤差校正技術保持樂觀——「在未來的幾年內，我認為我們有很大的機率看到某個人對此作出證明，這個人很可能就來自 Martinis 的團隊。」

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資料來源：TECH2IPO