北京時間6月12日上午消息，過去30年,，研究人員一直試圖開發(fā)能解決任何計算問題的通用量子計算機,。目前，來自美國加州和西班牙的一支團隊開發(fā)了一款原型設備,，能解決物理和化學領域的多種問題,，而未來還有可能被應用至更廣泛的領域。

D-Wave的量子計算機芯片

　　IBM和加拿大公司D-Wave此前利用不同方式開發(fā)了可提供一定功能的量子計算機,。然而,，這樣的設備無法擴大至更多量子位，從而解決傳統(tǒng)計算機無法解決的問題,。

　　來自加州圣芭芭拉谷歌研究實驗室的計算機科學家,，以及加州大學圣芭芭拉分校和西班牙巴斯克大學的物理學家近期在《自然》雜志上介紹了他們的最新設備。

　　南加州大學量子計算專家丹尼爾·利達爾(Daniel Lidar)表示：“從許多方面來看,，這都是出色的成果,，吸取了量子計算行業(yè)許多有價值的經驗?！?/p>

　　谷歌的原型產品結合了兩種量子計算技術,。其中一種技術使用針對特定問題、有著特殊排列的量子位去設計計算機數(shù)字電路,。這類似于傳統(tǒng)微處理器中的訂制數(shù)字電路,。

　　量子計算理論的很大一部分基于這種技術。這其中也包括避免計算結果偏離的誤差修正方法。不過到目前為止,，基于這種技術的量子計算機只限于幾個量子位,。

　　另一種技術稱作“絕熱量子計算(AQC)”。計算機將特定問題編碼為一組量子位,，并逐步調整這些量子位之間的互動,，以“塑造”共同的量子態(tài)，得出解決方案,。從理論上來說,，任何問題都可以被編碼為一組量子位。

　　谷歌團隊的計算機科學家拉米·巴倫茲(Rami Barends)表示,，這種技術受到隨機噪聲效應的限制,，而這種效應會引入系統(tǒng)無法修正的誤差。此外,，這種技術也無法保證有效地解決任何問題,。

　　不過，全球首款商用的量子計算設備正是基于AQC技術,。這款產品來自英國公司D-Wave,，價格約1500萬美元。谷歌也擁有一臺D-Wave的設備,。不過,，巴倫茲及其同事認為，有更好的方式去利用AQC技術,。

　　他們希望找到某種誤差修正方式,。如果沒有誤差修正，那么利用AQC技術去擴大計算規(guī)模將非常困難,，因為在更大的系統(tǒng)中,，誤差的積累將會很快。該團隊認為,，實現(xiàn)這一目標的第一步是將AQC技術與數(shù)字方法中的誤差修正技術結合在一起,。

　　在研究中，谷歌的團隊采用了9個固態(tài)量子位,。這些量子位由十字形的鋁制薄膜制成，寬度約為400微米,。隨后,，這些量子位被固定在藍寶石表面上。 研究人員將這些鋁制薄膜的溫度降低至0.02開爾文(約零下273攝氏度),，使金屬成為超導體,，電阻完全消失。利用這些超導態(tài)的量子位，研究人員可以向其 中編碼信息,。

　　相鄰量子位的互動由“邏輯門”控制,。邏輯門利用數(shù)字方式去操控量子位，使其進入某種狀態(tài),，從而得出問題的解,。在演示中，研究人員對量子位進行排 列,，使其模擬有著一定自旋態(tài)的磁性原子陣列,。這樣的問題已經在凝聚態(tài)物理中得到了充分研究。研究人員隨后可以通過量子位去確定總勢能最低的原子自旋態(tài)組 合,。

　 　對傳統(tǒng)計算機來說,，這是個非常簡單的問題。不過,，谷歌的新設備也可以處理所謂的“non-stoquastic”問題,，而這是傳統(tǒng)計算機做不到的。這其 中包括對多個電子互動的模擬,，這以往需要準確的化學計算機模擬,。從量子層面模擬分子和其他物質將是量子計算最有價值的應用。

　　利達爾表示,，這種新方法將使量子計算機可以進行量子誤差修正,。盡管研究人員尚未做出證明，但該團隊此前表示,，在9個量子位的設備上可以做到這點,。

　　谷歌團隊的另一名成員阿里雷扎·沙巴尼(Alireza Shabani)表示：“憑借誤差修正，我們的技術可以成為通用算法,，從而拓展至任意的大型量子計算機,。”

　　谷歌的設備目前基本上停留在原型產品階段,。不過利達爾表示,，在未來幾年中，超過40個量子位的設備將成為現(xiàn)實,。

　　他表示：“屆時,，對量子動力學的模擬將成為可能，而這是傳統(tǒng)硬件做不到的,。這意味著‘量子霸權’的到來,。”