新浪科技訊 北京時(shí)間3月1日消息，據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，IBM研究院的科學(xué)家在提高量子計算裝置性能方面取得重大進(jìn)展。他們做到了在減少基本運算誤差的同時(shí)保持量子比特的量子機械特性完整性，從而進(jìn)一步加快研制全尺寸實(shí)用量子計算機的步伐。量子計算機利用物質(zhì)的量子機械行為，計算能力超過(guò)目前的任何超級計算機。

　　計算領(lǐng)域的革命

　　借助于IBM實(shí)驗室研發(fā)的一系列技術(shù)，科學(xué)家得以減少基本運算的誤差，同時(shí)保持量子比特(量子計算中攜帶信息的基本單位)的量子機械特性完整性。IBM采用了超導量子比特(利用已經(jīng)得到驗證的硅微細加工技術(shù))，能夠在將來(lái)的某一天進(jìn)行升級，生產(chǎn)數千或者數百萬(wàn)臺量子比特計算裝置。在2月27日至3月2日于美國馬薩諸塞州波士頓舉行的美國物理學(xué)會(huì )年度會(huì )議上，IBM的研究人員將公布他們的最新研究成果。

　　量子比特的特性允許量子計算機一次進(jìn)行數百萬(wàn)項計算，臺式機通常只能進(jìn)行最低限度的同步計算。250量子比特所包含的比特數超過(guò)宇宙內的原子數量。量子計算機能夠利用這種特性進(jìn)行敏感信息的加密和解密，進(jìn)而對數據加密領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響。IBM的科學(xué)家和研究小組負責人馬賽厄斯-斯特芬表示：“我們進(jìn)行的量子計算機研究絕不僅僅是一次引人注目的物理學(xué)實(shí)驗?，F在已到了我們利用量子學(xué)知識研發(fā)相關(guān)計算系統的時(shí)候了，這種系統能夠將計算領(lǐng)域帶到一個(gè)全新的疆界。”

　　IBM的研究小組致力于研發(fā)能夠解決現實(shí)問(wèn)題的量子計算系統。量子計算機的潛在應用包括搜索由非結構化信息構成的數據庫，進(jìn)行任務(wù)最優(yōu)化和解決此前無(wú)法解答的數學(xué)問(wèn)題。普通計算機所能理解的最基本信息單位是比特。比特就像是一個(gè)電燈，可以打開(kāi)和關(guān)閉，1比特只有兩個(gè)值，一個(gè)是“1”，另一個(gè)是“0”。對于量子比特來(lái)說(shuō)，它們的值除了可以是“1”或者“0”外，還可以讓兩個(gè)值同時(shí)存在。這種特性被稱(chēng)之為“迭加”，允許量子計算機一次進(jìn)行數百萬(wàn)項計算。

　　消除量子脫散

　　在試圖利用量子計算的運算能力過(guò)程中，科學(xué)家面臨的一大挑戰是控制或者消除量子脫散，也就是熱量、電磁輻射和材料缺陷等干擾因子導致的計算誤差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家進(jìn)行了多年實(shí)驗，尋找減少誤差以及延長(cháng)量子比特保持機械特性時(shí)間的方式。如果能夠在足夠長(cháng)的時(shí)間內保持機械特性，并且找到有效的糾錯手段，量子計算機便可長(cháng)時(shí)間進(jìn)行復雜運算。

　　很多可靠系統都具有讓科學(xué)家研制出功能齊備的量子計算機的能力。目光，IBM將目光聚焦超導量子比特，允許科學(xué)家快速過(guò)渡到升級和生產(chǎn)。最近，IBM對一個(gè)獨特的三維超導量子比特裝置進(jìn)行了實(shí)驗，實(shí)驗在耶魯大學(xué)啟動(dòng)。研究人員利用一個(gè)3D量子比特延長(cháng)量子比特保持量子態(tài)的時(shí)間——達到100微秒，是此前紀錄的2到4倍。根據IBM的研究，科學(xué)家能夠找到有效的糾錯手段，進(jìn)而可以將目光投向量子比特計算裝置可升級性涉及的工程學(xué)問(wèn)題。

　　在其他實(shí)驗中，IBM的研究小組演示了一個(gè)更為傳統的二維量子比特裝置，執行一次2量子比特邏輯運算——“控制非”運算。這種運算是更大規模的量子計算系統的基本構成。實(shí)驗結果顯示，運算的成功率達到95%，部分歸功于較長(cháng)的相干時(shí)間，接近10微秒。這些數字是尋找有效糾錯方案的重要數據，同時(shí)也有助于未來(lái)的多量子比特實(shí)驗。

　　挑戰雖多 前景樂(lè )觀(guān)

　　研制一臺具有實(shí)用價(jià)值的量子計算機面臨很多科學(xué)和技術(shù)方面的挑戰，不過(guò)，科學(xué)家正快速取得進(jìn)展，因此前景非常樂(lè )觀(guān)。在研制量子比特計算裝置過(guò)程中，IBM在核心裝置的技術(shù)和性能方面取得一系列令人吃驚的成就，性能自2009年中期以來(lái)從最初的100倍提高到現在的1000倍，距離科學(xué)界確定的全尺寸量子計算機所需滿(mǎn)足的最低要求已經(jīng)非常接近。IBM表示，他們與量子計算研究領(lǐng)域的同行進(jìn)行信息交換，從他們身上學(xué)到很多東西，同時(shí)也得到一些大學(xué)和工業(yè)合作伙伴的幫助，這對于他們的研究非常重要。

　　德國亞琛大學(xué)量子信息研究所的大衛-蒂維塞佐表示：“IBM研究小組進(jìn)行的超導量子研究正不斷取得進(jìn)展，他們正朝著(zhù)研制可靠可升級的量子計算機的道路穩步前進(jìn)。他們研制的裝置性能出色，已經(jīng)讓他們非常接近滿(mǎn)足實(shí)用量子計算機最低要求的這一目標。他們的研究證明有效糾錯和可靠的邏輯量子比特運算能夠成為現實(shí)。”

　　由于IBM取得的研究突破，對超導量子比特和未來(lái)研制量子計算機的樂(lè )觀(guān)情緒快速高漲。迄今為止，這一領(lǐng)域的大部分工作都旨在如何提高計算裝置性能?，F在，科學(xué)家也必須將目光聚焦系統集成，評估針對糾錯的信息處理需求、I/O問(wèn)題、可行性以及升級成本。根據IBM的設想，一臺具有實(shí)用性的量子計算系統包括一個(gè)與量子計算硬件相連的傳統系統。為了讓量子計算機能夠具備與當前研制的最先進(jìn)數字計算機同樣的性能或者實(shí)現超越，必須借助于在通訊和封裝技術(shù)領(lǐng)域取得的成果。(孝文)