南加州大学开发改善量子计算机性能的新方法

南加州大学的科学家近日展示一种改善量子计算机性能的理论方法，它将有助于使目前最具挑战性的技术实现规模化。该方法被称为“动态解耦”，在抑制错误计算的同时提高结果的保真度，从而解决困扰下一代计算机性能的一个弱点。经过实验证明，该方法比其他补救措施更容易、更可靠，并且可以通过云进行访问，这也是首次实现动态解耦。研究报告中显示，通过该方法维持量子态的时间，是不受控制状态下的3倍。

南加州大学量子信息科学与技术中心主任丹尼尔表示，没有错误抑制，量子计算不可能超越经典计算。此次突破是该技术向前推进的重要一步。研究结果已发表在《物理评论快报》杂志上。IBM和一家名为Rigetti Computing初创公司为该项目的量子计算机提供了云访问。

量子计算机速度虽快，但易受损

量子计算机有潜力淘汰当前的超级计算机，并推动医学、金融和国防能力不断突破。量子计算机利用与硅计算机芯片截然不同的原子的速度和行为来完成看似不可能完成的计算。

量子位速度快、技术含量高，但易出错，需要稳定性来维持计算。当其不能正确操作时，就会产生较差的结果，与传统计算机相比，这一特点限制了它们的能力。因此目前还无法证明量子计算机在任何任务上的表现都优于传统计算机。产生这一问题的主要原因是“噪声”，它是对声音、温度和振动等扰动的整体描述。它可以破坏量子位的稳定性，量子位会产生“退相干”，影响量子态的持续时间，从而减少量子计算机执行任务的时间，最终影响其获得准确的结果。

研究跨越多个量子计算平台

最新的研究成果并不是在南加州大学的D-波段量子计算机上获得，而是在更小的通用型量子计算机上获得的：IBM的16量子位QX5和Rigetti公司的19量子位Acorn。

为了实现动态解耦，研究人员在超导量子位中注入了高度聚焦的、计时的微小电磁能量脉冲。通过操纵脉冲，科学家们能够将量子位包络在一个微环境中，与周围的环境噪声隔离，从而使量子态保持下去。实验的时间序列极小，最多200个脉冲跨越600纳秒。对于IBM的量子计算机，最终保真度提高了三倍，从28.9%提高到88.4%。Rigetti量子计算机最终的保真度提高了17%，从59.8%提高到了77.1%。研究结果表明动态解耦方法比迄今为止尝试的其他量子误差修正方法更有效，而且在基于云的超导量子位平台上，成功地减缓了退相干。

争夺量子霸权

对欧洲国家、中国、加拿大、澳大利亚和美国来说，寻求量子计算的霸主地位是地缘政治的优先事项。获得第一台性能优于其他超级计算机的量子计算机，将给为其带来经济、军事和公共卫生等方面的巨大优势。

美国会正在考虑两项新法案，以确立美国在量子计算领域的领导地位。2018年9月，美国众议院通过了《国家量子倡议法案》，将在五年内拨款13亿美元用于研发，并在白宫建立一个国家量子协调办公室，监督全国量子计算的相关研究。另一项法案是加利福尼亚州参议员哈里斯提出的《量子计算研究法案》。他表示“量子计算是改变世界的下一个技术前沿，美国不能掉队，该技术将为下一代创造就业机会，治愈疾病，使国家更强大、更安全。如果不能在该领域取得优势，那么美国将落后于全球竞争，并会受到来自对手的攻击。

来源：物理学家组织网站/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研究中心   刘伟雪

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