編譯｜半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫
亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司（AWS）周四推出了基于“貓態(tài)量子比特”的量子計(jì)算芯片“豹貓”（Ocelot）。
這個(gè)與貓有關(guān)的名字源自埃爾溫·薛定諤著名的思想實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中，一只貓被關(guān)在一個(gè)裝有裝置的盒子里，一小時(shí)后，這個(gè)裝置有同等概率殺死或不殺死這只貓 。
這個(gè)假設(shè)場景的核心在于闡釋量子系統(tǒng)的不確定性——在盒子打開之前，對于外部觀察者來說，這只貓?zhí)幱诩人烙只畹臓顟B(tài)。同理，一個(gè)量子系統(tǒng)在被測量之前，會(huì)以所有可能的狀態(tài)存在。
這種類比也適用于量子計(jì)算領(lǐng)域，它（量子計(jì)算）在同一時(shí)間既充滿生機(jī)又毫無進(jìn)展。
除非你談?wù)摰氖橇孔油嘶穑―-Wave 商業(yè)化的一種特殊形式的量子計(jì)算），否則目前沒有人真正將通用量子計(jì)算技術(shù)用于生產(chǎn)工作負(fù)載。但亞馬遜、谷歌、IBM 和微軟等大公司相信這是有可能的——總有一天。這是量子云的夢想之地：如果你計(jì)費(fèi)，他們就會(huì)計(jì)算。
微軟上周展示了其Majorana 1 量子計(jì)算芯片，并宣稱其拓?fù)淞孔颖忍赜型趲啄陜?nèi)（而不是幾十年內(nèi)）實(shí)現(xiàn)實(shí)用的量子計(jì)算。人們對這家 IT 巨頭的說法仍有一些懷疑，但為了繼續(xù)討論，我們先假設(shè)它確實(shí)存在。
量子比特只是具有狀態(tài)的量子力學(xué)系統(tǒng)（涉及原子粒子），因此有多種形式。拓?fù)淞孔颖忍鼗诓牧希ㄌ貏e是馬約拉納粒子）的拓?fù)涮匦裕ㄔ氐慕M織或連接方式）。光子量子比特基于光的量子特性，如偏振和相位。AWS 目前提供一個(gè)名為Braket的量子計(jì)算研究平臺(tái)，該平臺(tái)基于捕獲離子量子比特。
現(xiàn)在，AWS設(shè)計(jì)出了貓量子比特，它代表玻色子（光子）振蕩的狀態(tài)——振幅和相位的變化。因此得名 Ocelot。
AWS的Ocelot量子芯片特寫 來源：亞馬遜
這家網(wǎng)絡(luò)巨頭表示：“貓量子比特使用具有明確振幅和相位的類經(jīng)典狀態(tài)的量子疊加來編碼量子比特的信息。”
貓量子比特的吸引力——除了可愛的術(shù)語帶來的營銷優(yōu)勢之外——還在于它們有助于糾正錯(cuò)誤。
亞馬遜解釋說：“增加振蕩器中的光子數(shù)量可以使位翻轉(zhuǎn)誤差的發(fā)生率呈指數(shù)級(jí)減小。這意味著，我們不必增加量子比特?cái)?shù)，只需增加振蕩器的能量，就可以使糾錯(cuò)效率大大提高?！?/p>
目前，糾錯(cuò)是量子計(jì)算的主要障礙。量子比特對各種潛在干擾（熱、電磁、地震等）都很敏感，需要數(shù)量級(jí)更多的物理量子比特（體現(xiàn)在硬件中）來糾正用于編程的邏輯量子比特。因此，容納預(yù)計(jì)的糾錯(cuò)容量所需的空間將非常大——我們說的是飛機(jī)庫。
亞馬遜在《自然》雜志的一篇論文中聲稱，Ocelot 在糾錯(cuò)方面表現(xiàn)得特別好。它是一款原型量子計(jì)算芯片，由兩個(gè)集成硅微芯片組成，每個(gè)芯片面積約為一平方厘米。芯片有一層超導(dǎo)材料，形成量子電路元件，由 14 個(gè)核心組件組成。這些包括：五個(gè)數(shù)據(jù)量子比特（貓量子比特）、五個(gè)緩沖電路和四個(gè)用于錯(cuò)誤檢測的量子比特。Ocelot 的振蕩器由超導(dǎo)材料鉭制成。
加州理工學(xué)院理論物理學(xué)教授、亞馬遜學(xué)者 John Preskill表示：“今天，《自然》雜志公布了加州理工學(xué)院 AWS 量子計(jì)算中心開發(fā)的新量子芯片 Ocelot 的測量結(jié)果。雖然還有很長的路要走，但我們希望 Ocelet 獨(dú)特的架構(gòu)將縮短通往造福世界的量子實(shí)用性之路?！?/p>
IDC 量子計(jì)算研究經(jīng)理 Heather West 表示，很難說 AWS 的 Ocelot 是否能夠在未來五年內(nèi)幫助量子計(jì)算具有商業(yè)意義。
“就 Ocelot 而言，我認(rèn)為它是一種進(jìn)步，”West 說道?！拔覀兡壳罢_始看到從討論量子比特?cái)?shù)量轉(zhuǎn)向更高質(zhì)量的量子比特和糾錯(cuò)的轉(zhuǎn)變。
“通過這次轉(zhuǎn)變，我們首先使用軟件來盡量減少一些錯(cuò)誤——無論是錯(cuò)誤緩解還是錯(cuò)誤抑制——然后我們進(jìn)行了邏輯量子位討論——我們?nèi)匀辉谀抢铩F(xiàn)在我們正在討論強(qiáng)化量子位本身，以便立即減少一些錯(cuò)誤?！?/p>
然而West表示，仍有許多問題尚未解答。
她解釋道：“亞馬遜在新聞稿和文章中指出，他們將其視為一種可擴(kuò)展的架構(gòu)，但實(shí)際上并沒有展示他們計(jì)劃如何擴(kuò)展它?！?/p>
“對于超導(dǎo)芯片，你需要為每個(gè)量子比特提供輸入和輸出線路。隨著這些線路的擴(kuò)大，[系統(tǒng)]顯然也會(huì)呈指數(shù)級(jí)擴(kuò)大。因此，這會(huì)導(dǎo)致尺寸和占用空間。”
West還指出，涉及超導(dǎo)時(shí)，錯(cuò)誤率很高。
“盡管他們談?wù)摰氖潜忍胤D(zhuǎn)，但你仍然需要擔(dān)心相位翻轉(zhuǎn)和那里的錯(cuò)誤。然后你必須討論進(jìn)入系統(tǒng)的任何其他噪音。因此，討論糾錯(cuò)量子比特是一個(gè)很好的第一步，但我認(rèn)為可能還有很長的路要走。這需要多長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)？我仍然認(rèn)為我們談?wù)摰倪€是幾年后的事情?！?/p>
編譯自The Register