冷卻突破可以提高量子計(jì)算機(jī)的性能

量子計(jì)算對(duì)許多人來說仍然是神秘而難以捉摸的，但USC Viterbi工程學(xué)院的研究人員可能會(huì)讓我們更接近將超級(jí)動(dòng)力設(shè)備帶入實(shí)際現(xiàn)實(shí)。

位于USC Viterbi的信息科學(xué)研究所是USC-洛克希德馬丁量子計(jì)算中心(QCC)的所在地，這是一個(gè)過冷的磁屏蔽設(shè)施，專門用于容納第一批商用量子優(yōu)化處理器 - 設(shè)備非常先進(jìn)，目前只有兩個(gè)在加拿大D-Wave Systems公司之外使用它們：第一個(gè)用于USC和Lockheed Martin，第二個(gè)用于NASA和Google。

量子計(jì)算機(jī)以量子比特或“量子比特”編碼數(shù)據(jù)，它們能夠同時(shí)表示一個(gè)零和兩個(gè)數(shù)字 - 與傳統(tǒng)比特相反，傳統(tǒng)比特可以明顯地編碼一個(gè)或零。這種稱為疊加的性質(zhì)，以及量子態(tài)“干擾”(在池塘中像波浪一樣消除或加強(qiáng))和通過能量障礙“隧道”的能力，有朝一日可能有助于量子處理器最終執(zhí)行優(yōu)化計(jì)算比使用傳統(tǒng)處理器快得多。優(yōu)化問題可以采取多種形式，并且量子處理器已被理論化為對(duì)各種機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)問題有用，例如股票組合優(yōu)化，圖像識(shí)別和分類以及檢測(cè)異常。

然而，由于量子計(jì)算機(jī)處理信息的異乎尋常的方式，它們對(duì)不同類型的錯(cuò)誤高度敏感。當(dāng)發(fā)生這樣的錯(cuò)誤時(shí)，它們可以消除任何量子計(jì)算優(yōu)勢(shì) - 因此，在尋求證明“量子至上”的過程中，開發(fā)克服錯(cuò)誤的方法至關(guān)重要。

南加州大學(xué)的研究人員Walter Vinci，Tameem Albash和Daniel Lidar提出了一個(gè)減少錯(cuò)誤的計(jì)劃。他們的解決方案在“ 自然量子信息 ”雜志上發(fā)表的文章“嵌套量子退火校正”中進(jìn)行了解釋，其重點(diǎn)是減少和糾正與加熱相關(guān)的錯(cuò)誤，這是一種常見的錯(cuò)誤，在量子優(yōu)化器中尤其有害。進(jìn)一步冷卻量子處理器是不可能的，因?yàn)楸３掷鋮s的專用稀釋冰箱已經(jīng)在其極限運(yùn)行，溫度比外太空低約1000倍。

Vinci，Albash和Lidar開發(fā)了一種抑制加熱誤差的新方法：通過在D-Wave Two量子優(yōu)化器上將幾個(gè)量子比特耦合在一起，而不改變器件的硬件，這些量子比特有效地作為一個(gè)經(jīng)歷較低溫度的量子比特。耦合的量子比特越多，所經(jīng)歷的溫度越低，研究人員可以將加熱作為噪聲或誤差源的影響降至最低。這種嵌套方案不僅可以在諸如測(cè)試它的D-Wave處理器之類的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，而且可以在具有不同硬件架構(gòu)的其他未來量子優(yōu)化設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)工作是消除可擴(kuò)展量子優(yōu)化實(shí)施瓶頸的重要一步。“我們的工作是研究界為實(shí)現(xiàn)量子信息處理潛力而進(jìn)行的大規(guī)模努力的一部分，我們都希望有朝一日能超越其經(jīng)典對(duì)應(yīng)物，”南加州大學(xué)維特比教授和QCC科學(xué)主任利達(dá)爾說。