近日谷歌在《自然》(Nature)雜志上發(fā)表了震驚科技圈的論文，聲稱(chēng)他們的量子計算機“Sycamore”已經(jīng)取得了量子霸權(quantum supremacy)，能在短短 3 分 20 秒內完成一項驗證大數字隨機性的任務(wù)。這意味著(zhù)行業(yè)正朝著(zhù)超強計算機邁出重要一步，也進(jìn)一步證明利用量子力學(xué)規則確實(shí)能夠解決當前經(jīng)典計算機無(wú)法處理的復雜難題。

　　而在這場(chǎng)量子計算的巨頭競爭中，微軟另辟蹊徑，希望通過(guò)重新設計量子計算的核心元素--量子位(qubit)來(lái)突破現有的桎梏。事實(shí)上，微軟一直在研究名為“拓撲量子位”(topological qubit)的技術(shù)，希望為量子計算機夯實(shí)基礎。微軟量子計算軟件部門(mén)總經(jīng)理 Krysta Svore 說(shuō)，在花了五年時(shí)間弄清拓撲量子位的復雜硬件之后，公司幾乎準備好使用它們。

　　本周四開(kāi)幕的 IEEE International Conference on Rebooting Computing 大會(huì )上，Svore 表示：“我們已經(jīng)花費了數年時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)這項技術(shù)，我堅信我們已經(jīng)非常接近實(shí)現這一目標。”

　　在理論物理學(xué)家 Richard Feynman 提出量子計算概念的 50 多年后，量子理論正一步步走進(jìn)現實(shí)。為駕馭規?；孔佑嬎銠C而專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的新的編程語(yǔ)言，讓開(kāi)發(fā)者能夠編寫(xiě)量子程序，在當前的量子模擬器上調試，并能夠在未來(lái)真正的拓撲量子計算機上運行，微軟開(kāi)發(fā)了拓撲量子位。

　　研究人員表示，量子計算最終將被用來(lái)解決全球社會(huì )面臨的最棘手的問(wèn)題——從饑餓到氣候變化。Krysta Svore 表示：“量子計算機能夠對自然進(jìn)行建模，而通過(guò)經(jīng)典計算機，我們并不能真正了解這些流程。”專(zhuān)家認為，拓撲量子計算機最早的用途之一就是幫助人工智能研究人員利用機器學(xué)習，加快訓練算法的勞動(dòng)密集型流程。

　　多年來(lái)物理學(xué)家一直在談?wù)撻_(kāi)發(fā)量子計算機的可能性，努力開(kāi)發(fā)一個(gè)擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開(kāi)發(fā)真正可行的量子計算機中發(fā)揮作用。對于那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來(lái)說(shuō)，大約需要 1000 個(gè)物理量子位才能組成一個(gè)“邏輯”量子位，這種量子位非?？煽?，足以用于任何真正有用的計算。

　　問(wèn)題在于，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會(huì )“散開(kāi)”，用外行話(huà)來(lái)說(shuō)，就是它們不再是可用于計算的物理狀態(tài)。因此微軟引入了拓撲量子位概念，使其更加穩定，且能提供更多固有的防錯能力。根據定義，物質(zhì)的拓撲狀態(tài)就是電子可被分解、并出現在系統不同地方的狀態(tài)。一旦電子被分解，就很難被干擾，因為你必須改變所有存儲在不同地方的信息。

Krysta Svore，在微軟負責基于量子計算機及量子模擬器運行的軟件開(kāi)發(fā)工作。

　　為了創(chuàng )建完整的計算平臺基礎設施，微軟還同步開(kāi)發(fā)用于拓撲量子計算的構建塊、軟件和編程語(yǔ)言。即使拓撲量子位預計比一般的量子位更強健，但它還是相當脆弱。保護它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。

　　微軟量子計算部門(mén)架構師 Douglas Carmean 帶領(lǐng)的團隊致力于開(kāi)發(fā)一個(gè)讓量子位能夠在近乎絕對零度(或 30 毫開(kāi)爾文)條件下運行的系統架構。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和計算機進(jìn)行通信。

　　Svore 說(shuō)，微軟拓撲量子位的主要優(yōu)點(diǎn)是制作一個(gè)邏輯量子位所需的物理量子位更少。她說(shuō)：“我們相信這會(huì )大大減少管理費用。”這意味著(zhù)量子計算機將以更少的量子位運行，且運行效果更佳。

　　作為比較，谷歌的 Sycamore 量子計算芯片使用了 53 個(gè)物理量子位。而真正嚴謹的量子計算任務(wù)中，研究人員希望達到至少 100 萬(wàn)量子位水平。不過(guò)擺在微軟面前的難題是尚不可用。要真正投入使用還需要一段時(shí)間的繼續開(kāi)發(fā)。
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