砺道智库 2023-12-11 15:27 发表于北京

据太空日报网12月8日报道，致力于DARPA噪声中尺度量子设备优化(ONISQ)计划的研究人员团队创建了有史以来第一个具有逻辑量子位(qubit)的量子电路，这是一项关键发现，可以加速容错量子计算并彻底改变容错量子计算的概念。

ONISQ计划于2020年启动，旨在通过超越经典超级计算机的性能来证明量子信息处理的定量优势，以解决称为组合优化的特别具有挑战性的问题。该计划追求一种混合概念，将中等大小的“嘈杂”或容易出错的量子处理器与专门致力于解决国防和商业行业感兴趣的优化问题的经典系统相结合。选择团队来探索各种类型的物理、非逻辑量子位，包括超导量子位、离子量子位和里德堡原子量子位。

哈佛研究团队在麻省理工学院、QuEraComputing、加州理工学院和普林斯顿大学的支持下，专注于探索里德堡量子位的潜力，并在研究过程中取得了重大突破：该团队开发了利用量子位创建纠错逻辑量子位的技术。“嘈杂的”物理里德伯量子位阵列。逻辑量子位是实现容错量子计算难题中关键的缺失部分。与容易出错的物理量子位相比，逻辑量子位经过纠错以维持其量子状态，从而使它们可用于解决各种复杂问题。

迄今为止，哈佛大学已在其实验室中构建了包含约48个里德堡逻辑量子位的量子电路，这是现有逻辑量子位数量最多的。由于里德堡量子位的性质及其操纵方式，预计快速扩展逻辑量子位的数量将相对简单。

DARPA国防科学办公室ONISQ项目经理MukundVengalattore博士表示：“里德堡量子位具有性质同质的有益特征，这意味着每个量子位的行为方式与下一个量子位没有区别。对于其他平台，例如超导量子位，情况并非如此，其中每个量子位都是唯一的，因此不可互换。”里德伯量子位的同质性使它们能够快速扩展，并且还允许使用量子电路上的激光器轻松操纵和移动它们。这克服了当前执行量子位操作的容易出错的方法，该方法必须按顺序连接它们，从而将错误传播到整个芯片。

现在可以想象量子芯片上量子位的动态重新配置，您不再局限于运行量子电路的顺序过程。现在，您可以使用激光镊子将整个量子位集合从电路中的一个位置带到电路上的另一个位置，运行操作，然后将它们放回原来的位置。动态可重构和可传输的里德堡逻辑量子位为设计和构建可扩展的量子计算处理器开辟了全新的概念和范例。

“如果三年前ONISQ项目开始时有人预测里德伯中性原子可以充当逻辑量子位，那么没有人会相信它，”自ONISQ项目启动以来一直支持的DARPA技术顾问吉多·祖卡雷洛(Guido Zuccarello)博士说，“这是DARPA的方式，押注这些研究较少的量子位以及研究较多的离子和超导电路的潜力。作为一项探索性计划，ONISQ为研究人员提供了探索独特和新应用的余地，而不仅仅是优化重点。”

虽然预计至少需要比48个逻辑量子位大一个数量级才能解决量子计算机设想的任何重大问题，但里德堡逻辑量子位的突破为传统观点提供了新的视角，即故障发生之前需要数百万个物理量子位可以开发宽容的量子计算机。考虑到动态可重构量子电路的前景，现在说解决特定问题需要多少逻辑量子位还为时过早。

自2000年代初以来，DARPA的各种量子项目的重点是在量子传感和量子信息科学研究界之间建立桥梁，而传统上这两个领域是孤立的。DARPA帮助将这些社区聚集在一起，以增进对如何以极高的精度控制和操纵量子态的理解。

Vengalattore表示：“ONISQ研究团队可以利用过去几年DARPA多个量子传感和量子信息科学项目开发的丰富的量子知识工具箱。该工具箱包含来自许多DARPA项目的深入基础和技术见解，包括OLE[光学晶格仿真器]、QuASAR[量子辅助传感和读出]、ATN[All Together Now]和DRINQS[驱动和非平衡量子系统]。”

Vengalattore强调，将ONISQ下的量子传感和量子信息科学社区聚集在一起，可以将里德堡量子传感知识应用于量子计算挑战，其速度是几年前很少有人预料到的。

Vengalattore表示：“基于DARPA领导的一系列先前量子研究成果的研究领域的合并，有助于促进里德伯原子可用于创建纠错逻辑量子位的发现。尽管这些结果令人兴奋且具有变革性，但我们认为这是实现纠错量子计算和量子技术其他领域的颠覆性途径的长期愿景的垫脚石。”