微软预计10年内打造量子超级计算机

微软预计10年内打造量子超级计算机 微软今天宣布了其建立自己的量子超级计算机的路线图，使用该公司的研究人员已经研究了相当多年的拓扑量子比特。还有很多中间的里程碑要达到，但微软高级量子开发副总裁Krysta Svore告诉我们，该公司相信，使用这些量子比特建造一台量子超级计算机将需要不到10年的时间，该计算机将能够每秒执行一百万次可靠的量子操作。这是微软推出的一个新的衡量标准，因为整个行业旨在超越目前的嘈杂的中尺度量子（NISQ）计算时代。 来源：

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命 研究人员离实现制造多任务的“量子”计算机又近了一步，那将是比现有的最先进的超级计算机更强大的计算机。 量子计算机利用了亚原子粒子的怪异特性。 所谓的量子波粒能够同时存在于两个地方，而且即使分隔数百万英里仍然匪夷所思地能够保持关联性。 英国苏塞克斯大学（Sussex University）的研究团队实现了在电脑芯片之间以前所未有的速度和精度传送量子信息。 一个研究当中的障碍就是需要在芯片之间迅速和可靠地传送量子信息：信息受损就会产生误差。 不过汉辛格教授的团队已经取得了突破，他们发表在《自然通讯》期刊上的研究表明，他们可能已经克服了上述障碍。 这个团队研发了从一个芯片向另外一个芯片以创纪录的速度传送信息的系统，传送可靠率达到了99.999993%。研究人员说，这显示了在原则上许多芯片能够插在一起形成算力更强大的量子计算机。 （节选）

谷歌的新量子计算机能在几秒内执行其竞争对手 47 年才能完成的任务

谷歌的新量子计算机能在几秒内执行其竞争对手 47 年才能完成的任务 谷歌近日宣布在量子计算机研发方面取得重大突破，声称已实现“量子霸权”。他们声称，他们的量子计算机可以在几秒钟内执行超级复杂的计算，而竞争对手最快的超级计算机需要大约 47 年才能完成。 这不是谷歌第一次提出这样的说法。2019年，他们宣称量子霸权，但怀疑论者质疑他们主张的有效性。他们的竞争对手 IBM 认为，谷歌 Sycamore 量子计算机完成的任务并不是特别具有挑战性，并且在技术上可以由经典机器执行，尽管速度要慢得多。 这一成就背后的谷歌研究人员在他们发表在 arXiv 预印本服务器上（尚未经过同行评审）的论文中解释说，量子计算机有潜力执行超出经典计算机能力的任务。他们进一步强调，在根据改进的经典方法评估计算成本时，他们的实验超越了现有的经典超级计算机。 谷歌宣布推出的 Sycamore 量子处理器的升级版本，其现在运行在 70 个量子位上，而之前的量子位为 53 个。量子处理器拥有 70 个量子位，可以存储和处理 70 个量子信息单位，这对于任何经典计算机来说都是不可能完成的任务，无论其速度如何。为了说明功率的增加，该团队表示，经典超级计算机 Frontier 需要 6.18 秒才能匹配 Google 53 量子位计算机的计算，但需要 47.2 年才能匹配最新计算机的计算。

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法

研究人员开发出一种利用磁子传输量子信息的新方法 HZDR 的研究人员成功地在磁盘中产生了类似于波的激发即所谓的磁子来专门操纵碳化硅中原子大小的量子比特。这为量子网络中的信息传输开辟了新的可能性。图片来源：HZDR / Mauricio Bejarano为了满足这一需求，德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）的一个研究小组现在推出了一种传输量子信息的新方法：该小组通过利用磁子（磁性材料中的波状激起）的磁场来操纵量子比特（即所谓的量子比特），磁子发生在微观磁盘中。研究人员在《科学进展》（Science Advances）杂志上发表了他们的研究成果。建造可编程的通用量子计算机是当代最具挑战性的工程和科学研究之一。这种计算机的实现为物流、金融和制药等不同行业领域带来了巨大潜力。然而，由于量子计算机技术在存储和处理信息时存在固有的脆弱性，因此阻碍了实用量子计算机的建造。量子信息被编码在量子比特中，而量子比特极易受到环境噪声的影响。微小的热波动（几分之一度）就可能完全破坏计算。这促使研究人员将量子计算机的功能分布在不同的独立构件中，以努力降低出错率，并利用这些构件的互补优势。"然而，这就带来了一个问题，即如何在模块之间传输量子信息，使信息不会丢失，"HZDR 研究员、该刊物第一作者毛里西奥-贝哈拉诺（Mauricio Bejarano）说。"我们的研究正是在这个特定的利基上，在不同的量子模块之间传输通信。"目前，传输量子信息和寻址量子比特的既定方法是通过微波天线。这是Google和 IBM 在其超导芯片中使用的方法，也是在这场量子竞赛中处于领先地位的技术平台。"而我们则是通过磁子来寻址量子比特。磁子可被视为穿过磁性材料的磁激发波。这样做的好处是，磁子的波长在微米范围内，比传统微波技术的厘米波短得多。因此，磁子的微波足迹在芯片中花费的空间更少。HZDR 小组研究了磁子与碳化硅晶体结构中硅原子空位形成的量子比特的相互作用，碳化硅是一种常用于大功率电子器件的材料。这类量子比特通常被称为自旋量子比特，因为量子信息是由空位的自旋状态编码的。但是，如何利用磁子来控制这类量子比特呢？"通常情况下，磁子是通过微波天线产生的。"贝哈拉诺解释说："这就带来了一个问题，即很难将来自天线的微波驱动与来自磁子的微波驱动分离开来。"为了将微波从磁子中分离出来，HZDR 团队利用了一种在镍铁合金微观磁盘中可以观察到的奇特磁现象。"由于非线性过程，磁盘内的一些磁子具有比天线驱动频率低得多的频率。我们只用这些频率较低的磁子来操纵量子比特"。研究小组强调，他们还没有进行任何量子计算。不过，他们表明，完全用磁子处理量子比特从根本上是可行的。"迄今为止，量子工程界还没有意识到磁子可以用来控制量子比特，"Schultheiß强调说。"但我们的实验证明，这些磁波确实可以派上用场"。为了进一步发展他们的方法，研究小组已经在为未来的计划做准备：他们想尝试控制几个间距很近的单个量子比特，让磁子介导它们的纠缠过程这是进行量子计算的先决条件。他们的设想是，从长远来看，磁子可以被直接电流激发，其精确度可以达到在量子比特阵列中专门针对单个量子比特。这样就可以将磁子用作可编程量子总线，以极其有效的方式寻址量子比特。虽然未来还有大量工作要做，但该研究小组的研究强调，将磁子系统与量子技术相结合，可以为未来开发实用量子计算机提供有益的启示。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用

研究人员利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用 巴塞尔大学在量子比特技术方面取得的进展为可扩展量子计算带来了希望，它利用电子和空穴自旋实现了精确的量子比特控制和相互作用。全世界的研究人员都在探索各种量子比特技术，对实用量子计算机的追求正如火如荼地进行着。尽管做出了大量努力，但对于哪种类型的量子比特最能最大限度地发挥量子信息科学的潜力，人们仍未达成共识。量子比特是量子计算机的基础。它们负责处理、传输和存储数据。有效的量子位必须可靠地存储和快速处理信息。这就要求外部系统能够准确控制大量量子比特之间稳定、迅速的相互作用。当今最先进的量子计算机只有几百个量子比特。这就限制了它们执行传统计算机已经能够完成的计算，而且往往能更高效地完成。要想推动量子计算的发展，研究人员必须找到一种在单个芯片上容纳数百万量子比特的方法。电子和空穴为了解决数千个量子比特的排列和连接问题，巴塞尔大学和 NCCR SPIN 的研究人员依靠一种利用电子或空穴自旋（固有角动量）的量子比特。空穴本质上是半导体中缺失的电子。空穴和电子都具有自旋，可采用两种状态之一：向上或向下，类似于经典比特中的 0 和 1。与电子自旋相比，空穴自旋的优势在于它可以完全由电子控制，无需在芯片上安装微型磁铁等额外元件。两个相互作用的空穴自旋量子比特。当一个空穴（洋红色/黄色）从一个位点隧穿到另一个位点时，它的自旋（箭头）会因所谓的自旋轨道耦合而旋转，从而导致周围气泡所描述的各向异性相互作用。资料来源：NCCR SPIN2022 年，巴塞尔物理学家证明，现有电子设备中的空穴自旋可以被捕获并用作量子比特。这些"FinFET"（鳍式场效应晶体管）内置于现代智能手机中，并通过广泛的工业流程生产出来。现在，安德烈亚斯-库尔曼（Andreas Kuhlmann）博士领导的团队首次成功地在这种装置中实现了两个量子比特之间可控的相互作用。量子计算机需要"量子门"来执行计算。量子门"代表着操纵量子比特并将它们相互耦合的操作。研究人员在《自然-物理》杂志上报告说，他们能够将两个量子比特耦合起来，并根据其中一个量子比特的自旋状态，使另一个量子比特的自旋发生受控翻转这就是所谓的受控自旋翻转。"孔自旋使我们能够创建既快速又高保真的双量子比特门。"库尔曼说："现在，这一原理还使我们有可能将更多的量子位对耦合在一起。"两个自旋量子比特的耦合基于它们之间的交换相互作用，这种相互作用发生在两个静电相互作用的无差别粒子之间。令人惊奇的是，空穴的交换能不仅在电学上是可控的，而且具有很强的各向异性。这是自旋轨道耦合的结果，意味着空穴的自旋状态受其空间运动的影响。为了在模型中描述这一观察结果，巴塞尔大学和 NCCR SPIN 的实验物理学家和理论物理学家联手合作。库尔曼说："各向异性使得双量子比特门成为可能，而无需在速度和保真度之间进行通常的权衡。基于空穴自旋的量子比特不仅可以利用硅芯片久经考验的制造工艺，还具有高度的可扩展性，并在实验中被证明是快速和稳健的。这项研究强调，这种方法在开发大规模量子计算机的竞赛中大有可为。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

专家警告称：量子计算机并不像许多人想象中的那么有用

专家警告称：量子计算机并不像许多人想象中的那么有用 Meta的人工智能研究主管 YannLeCun最近在庆祝Meta基础人工智能研究团队成立10周年的媒体活动上，表示这项技术是一个“迷人的科学课题”，但对“是否能实际制造出有用的量子计算机”表示怀疑。亚马逊网络服务的量子硬件主管 Oskar Painter 表示，目前该行业存在“巨大的炒作”，“很难从乐观和完全不切实际的想法中筛选出真实可行的东西。” 在五月份，微软技术专家 Matthias Troyer 与合著者共同在《ACM通讯》上发表了一篇论文，讨论了量子计算能够提供实际具有优势的应用方面可能比一些人预期的更有限。Troyer 表示，在两种应用中，量子算法似乎可以提供指数级的加速。一是对大数进行因式分解，这可能使得破解互联网所依赖的公钥加密成为可能。另一个是模拟量子系统，它可以在化学和材料科学中应用。操作量子位比开关晶体管复杂得多，因此速度要慢几个数量级。这意味着，对于较小的问题，经典计算机总是会更快，而量子计算机获得领先的点取决于经典算法的复杂性扩展的速度。 Troyer 和他的同事将单个 Nvidia A100 GPU 与虚构的未来容错量子计算机进行了比较，假设该计算机具有 10,000 个“逻辑量子位”，并且门时间比当今的设备快得多。特洛耶说，他们发现，一种具有二次加速的量子算法必须运行几个世纪，甚至几千年，才能在有用的问题上超越经典算法。 (IEEE Spectrum)