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亞馬遜首款量子芯片問世,量子糾錯成本降低90%

作者:羅靈姣 日期:2025-03-08 08:58:40 點擊數(shù):

繼Google、微軟先后展現(xiàn)量子芯片研究成果后,亞馬遜云端運算服務(wù)近日發(fā)表首款量子芯片原型產(chǎn)品“Ocelot”,目的在于測試AWS量子糾錯架構(gòu)的有效性,這與目前的量子糾錯方式相比成本可以降低多達90%。

Ocelot由設(shè)于加州理工學(xué)院的AWS量子運算中心團隊研發(fā)而成,是建立容錯量子計算機過程中的重大突破,容錯量子計算機將能解決當(dāng)今傳統(tǒng)計算機無法處理的商業(yè)和科學(xué)難題。

量子計算機面臨一大挑戰(zhàn)是,它對環(huán)境中最微小的變化或噪聲極為敏感,無論振動、熱、來自手機和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾,甚至來自外太空的宇宙射線和輻射,都有可能使量子位元偏離量子狀態(tài),導(dǎo)致量子運算出錯。為此量子計算機依靠量子糾錯,即是使用跨多個量子位元的量子信息特殊編碼,保護量子信息不受環(huán)境影響。考量到獲得準(zhǔn)確結(jié)果所需的量子位元數(shù)量,目前量子糾錯方式的成本非常高。

為了解決量子糾錯相關(guān)問題,AWS在Ocelot(在動物學(xué)是指“美洲豹貓”)使用嶄新架構(gòu)設(shè)計,從一開始內(nèi)建糾錯,并采用貓量子位元(cat qubit)。貓量子位元以20世紀(jì)思想實驗“薛丁格的貓”命名,能夠抑制某些形式的錯誤,進而減少量子糾錯所需資源。

透過Ocelot的設(shè)計,研究人員首次成功將貓量子位元技術(shù)和其他量子糾錯組件整合到可規(guī)模化制造的硅微型芯片上,芯片面積僅1平方公分,表面有超導(dǎo)材料薄膜構(gòu)成量子電路元件,這種方式借鑒微電子產(chǎn)業(yè)的強大制程。

Ocelot的高質(zhì)量振蕩器由一種名為“鉭”(Tantalum)的超導(dǎo)材料薄膜制成,AWS材料科學(xué)家開發(fā)出一種在硅微型芯片處理鉭的特殊方法,以提高振蕩器性能。

“隨著近期量子研究進展,實用容錯量子計算機問世不再是“是否”的問題,而是“何時”的問題,Ocelot便是邁向這個目標(biāo)的重要一步。未來以O(shè)celot架構(gòu)設(shè)計的量子芯片,所需的糾錯資源將大幅減少,使成本降至目前方法的五分之一。”AWS量子硬件部門負(fù)責(zé)人Oskar Painter強調(diào),“我們相信,這將加速實用量子計算機問世,最多可以提前5年。”



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