亞馬遜首款量子芯片問世，量子糾錯成本降低90%

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(dá)90%。

Ocelot由設(shè)于加州理工學(xué)院的AWS量子運算中心團(tuán)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(hù)量子信息不受環(huán)境影響?？剂康将@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(jìn)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)?；圃斓墓栉⑿托酒?，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(jìn)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?！盇WS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。”