微软和Quantinuum宣布在量子纠错方面取得重大突破

微软和Quantinuum宣布在量子纠错方面取得重大突破 这两家公司表示，现在量子计算的最先进技术已经走出了通常被称为"嘈杂中间规模量子（NISQ）计算机"的时代。之所以说"嘈杂"，是因为即使是环境中最微小的变化，也会导致量子系统从本质上变得随机（或"解旋"）；之所以说"中间规模"，是因为目前的量子计算机最多仍局限于一千多个量子比特。量子比特是量子系统计算的基本单位，类似于传统计算机中的比特，但每个量子比特可以同时处于多种状态，并且在测量之前不会落入特定位置，这就是量子在计算能力方面实现巨大飞跃的潜力所在。如果来不及运行一个基本算法，系统就会变得过于嘈杂，无法得到有用的结果，或者根本得不到任何结果，那么你有多少个比特也就不重要了。结合几种不同的技术，该团队能够在几乎没有错误的情况下运行数千次实验。这需要做大量的准备工作，并预先选择那些看起来已经具备成功运行条件的系统，但与不久前的情况相比，这仍然是一个巨大的进步。这是量子计算朝着正确方向迈出的一步。还有很多问题有待解决（当然，这些结果也需要复制），但从理论上讲，一台拥有 100 个这样的逻辑量子比特的计算机已经可以用于解决一些问题，而一台拥有 1000 个量子比特的机器，正如微软所说，可以"释放商业优势"。纠缠的量子比特之间的差异（误差）。通过比较一对量子比特中每个量子比特的图像可以发现差异，存在的任何差异都会以点的形式出现在每对量子比特的中心图像上。研究小组使用 Quantinuum 的H2赛道陷波离子量子处理器，将 30 个物理量子比特组合成四个高度可靠的逻辑量子比特。将多个物理量子位编码成一个逻辑量子位有助于保护系统不出错。物理量子位纠缠在一起，这样就有可能检测到物理量子位中的错误并加以修复。长期以来，纠错一直困扰着业界：当然，物理比特的噪声越小、质量越高越好，但如果没有先进的纠错技术，NISQ 时代就无从谈起，因为这些系统迟早都会解体。"仅仅增加具有高错误率的物理量子比特的数量而不提高错误率是徒劳的，因为这样做将导致大型量子计算机的功能并不比以前更强大，"Azure Quantum总经理丹尼斯-汤姆（Dennis Tom）和微软高级量子开发副总裁克里斯塔-斯沃尔（Krysta Svore）在今天的公告中写道。"与此相反，当具有足够运行质量的物理量子比特与专门的协调和诊断系统配合使用以启用虚拟量子比特时，只有这样，物理量子比特数量的增加才会带来强大、容错的量子计算机，从而能够执行更长时间、更复杂的计算。"几年前，逻辑量子比特的性能才开始超过物理量子比特。现在，微软和 Quantinuum 认为，他们的新硬件/软件系统展示了物理和逻辑错误率之间的最大差距，比只使用物理比特的系统提高了 800 倍。研究人员指出，要超越 NISQ，逻辑量子比特和物理量子比特的错误率之间必须有很大的差距，还必须能够纠正单个电路错误，并在至少两个逻辑量子比特之间产生纠缠。如果这些结果成立，那么该团队就实现了这三点，我们也就进入了弹性量子计算时代。事实证明，这里最重要的成果可能是该团队执行"主动综合征提取"的能力，即在不破坏逻辑量子比特的情况下诊断错误并纠正错误的能力。汤姆和斯沃尔解释说："这一成就标志着我们在不破坏逻辑量子比特的情况下纠正错误迈出了第一步，是量子纠错领域的一个基本里程碑。我们的量子比特虚拟化系统展示了可靠量子计算的这一关键组成部分，在多轮综合征提取中实现了较低的逻辑错误率"。现在就看量子界的其他成员能否复制这些成果，并实现类似的纠错系统了，这可能只是时间问题。Quantinuum创始人兼首席产品官伊利亚斯-汗（Ilyas Khan）表示："今天的成果标志着一项历史性的成就，是双方合作不断推动量子生态系统发展的绝佳体现。微软最先进的纠错技术与世界上最强大的量子计算机和完全集成的方法相得益彰，我们对量子应用的下一步发展感到非常兴奋，迫不及待地想看到我们的客户和合作伙伴将如何从我们的解决方案中获益，尤其是在我们向量子处理器规模化发展的过程中。"欲了解更多详情，请点击此处查看技术文档。 ... PC版： 手机版：

微软实现量子计算最新突破：14000次实验无错误

微软实现量子计算最新突破：14000次实验无错误 量子计算的核心优势在于量子比特（qubit），它能够同时处于0和1的状态，实现指数级的并行计算能力。然而，量子系统的高敏感性使得量子比特状态容易受到环境扰动的影响，导致计算误差。因此提升量子比特的稳定性和降低误差率，是实现可靠量子计算的关键。此次微软和Quantinuum的合作，通过结合微软的量子比特虚拟化系统和Quantinuum的离子阱硬件技术，实现了创纪录的低错误率逻辑量子比特操作。这一成果标志着量子计算从嘈杂中间规模量子（NISQ）时代向更具稳定性和可扩展性的2级弹性量子运算时代的迈进。特别引人注目的是，双方在实验中成功完成了多达14000次的量子计算操作而未出现任何错误，这一成就是物理错误率与逻辑错误率间差距的显著展现。此外，微软和Quantinuum的合作还包括在Azure Quantum平台上的共同研发，该平台将全球领先的NISQ硬件引入云端，使量子技术更加易于获取。 ... PC版： 手机版：

突破性方法生产的超纯硅有望引发量子计算革命

突破性方法生产的超纯硅有望引发量子计算革命 项目联合导师、墨尔本大学的戴维-贾米森（David Jamieson）教授说，今天（2024年5月7日）发表在《自然》杂志《通讯材料》（CommunicationMaterials）上的这一创新成果，使用了植入纯稳定硅晶体中的磷原子量子比特，通过延长众所周知的脆弱量子相干的持续时间，可以克服量子计算的一个关键障碍。"脆弱的量子相干性意味着计算误差会迅速积累。有了我们的新技术提供的强大相干性，量子计算机可以在几小时或几分钟内解决一些传统或'经典'计算机甚至超级计算机需要几个世纪才能解决的问题，"杰米森教授说。当一个量子比特（如原子核、电子或光子）处于多种状态的量子叠加时，它就是一个量子物体。当量子比特恢复到单一状态时，相干性就会消失，变成像传统计算机比特那样的经典物体，而传统计算机比特永远只有一个或零，永远不会处于叠加状态。量子比特或量子比特量子计算机的构件容易受到环境微小变化的影响，包括温度波动。即使在接近绝对零度（零下 273摄氏度）的宁静冰箱中运行，目前的量子计算机也只能在极短的几分之一秒内保持无差错的一致性。曼彻斯特大学的联合导师理查德-库里（Richard Curry）教授说，超纯硅允许构建高性能量子比特器件，而这是为可扩展量子计算机铺平道路所需的关键部件。"我们所能做的就是有效地创造出构建硅基量子计算机所需的关键'砖块'。库里教授说："这是创造一项有可能改变人类的技术的关键一步。"主要作者、墨尔本大学/曼彻斯特大学联合培养的博士生 Ravi Acharya 在曼彻斯特大学 P-NAME 聚焦离子束实验室准备硅芯片，以便进行富集。资料来源：墨尔本大学/曼彻斯特大学领衔作者、曼彻斯特大学/墨尔本大学库克森联合学者拉维-阿查里亚说，硅芯片量子计算的最大优势在于它使用了与制造当今计算机芯片相同的基本技术。"目前，日常计算机中的电子芯片由数十亿个晶体管组成，这些晶体管也可用于制造硅量子设备的量子比特。迄今为止，制造高质量硅量子比特的能力部分受限于所用硅起始材料的纯度。我们在这里展示的突破性纯度解决了这一问题"。贾米森教授说："新型高度纯化的硅计算机芯片可以容纳和保护量子比特，使它们能够更长时间地保持量子相干性，从而能够进行复杂的计算，并大大减少纠错的需要。我们的技术为可靠的量子计算机开辟了道路，有望在人工智能、安全数据和通信、疫苗和药物设计以及能源利用、物流和制造等领域为整个社会带来阶跃式变革。"硅由不起烟的海滩沙制成，是当今信息技术产业的关键材料，因为它是一种丰富而多用途的半导体：它可以作为电流的导体或绝缘体，具体取决于添加到其中的其他化学元素。贾米森教授说："其他人正在尝试使用替代品，但我们相信硅是量子计算机芯片的主要候选者，它将实现可靠的量子计算所需的持久相干性。"共同作者（左）David Jamieson 教授（墨尔本大学）和（右）Maddison Coke 博士（曼彻斯特大学）在曼彻斯特大学检查用于硅富集项目的 P-NAME 聚焦离子束系统。资料来源：墨尔本大学/曼彻斯特大学他说："问题在于，虽然天然存在的硅主要是理想的同位素硅-28，但也有大约 4.5% 的硅-29。硅-29 在每个原子核中都有一个额外的中子，它就像一块微小的流氓磁铁，会破坏量子相干性并产生计算误差。"研究人员将一束聚焦的纯硅-28 高速射向硅芯片，使硅-28 逐渐取代芯片中的硅-29 原子，将硅-29 从百万分之四点五减少到百万分之二（0.0002%）。"好消息是，要将硅纯化到这种程度，我们现在可以使用一台标准机器离子注入机你可以在任何半导体制造实验室找到它，并根据我们设计的特定配置进行调整。"在之前发表的与澳大利亚研究理事会量子计算和通信技术卓越中心（ARC Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology）合作进行的研究中，墨尔本大学利用纯度较低的硅材料创造了 30 秒的单量子比特相干世界纪录，并且至今仍保持着这一纪录。30 秒的时间足以完成无差错的复杂量子计算。贾米森教授说："现有最大的量子计算机拥有1000多个量子比特，但由于失去了一致性，在几毫秒内就会出现错误。既然我们已经可以生产出极纯的硅-28，我们的下一步将是证明我们可以同时维持许多量子比特的量子相干性。一台仅有 30 个量子比特的可靠量子计算机在某些应用中的性能将超过当今的超级计算机。"这项最新研究工作得到了澳大利亚和英国政府的研究资助。贾米森教授与曼彻斯特大学的合作得到了英国皇家学会沃尔夫森访问学者奖学金的支持。据澳大利亚联邦科学与工业研究组织 2020 年的一份报告 估计，到 2040 年，澳大利亚的量子计算有可能创造 1 万个工作岗位和 25 亿美元的年收入。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

日本团队开发出“光量子计算机”运算纠错技术

日本团队开发出“光量子计算机”运算纠错技术 日本东京大学等的研究团队日前在美国《科学》杂志上发表成果称，开发出能自行纠正“光量子计算机”运算错误的方法。“光量子计算机”是使用光的下一代计算机，这正是这种计算机所面临的最后课题。研究量子信息科学的东大教授古泽明表示：“原理层面的开发已完成。今后将迎来新的时代。”据悉，他们将在9月成立风险企业以推动成果转化。量子计算机使用信息的基本单位“量子比特”，即使是复杂的运算也能高速执行，但过程中容易出现运算错误。使用超导体或离子的计算机已开发出纠错功能，但需要大量量子比特和复杂的布线。此外还存在计算机体积变大和耗电量大的问题。团队此次开发出了高性能的光检测仪，成功创造出一种名为“GKP量子比特”的特殊光状态，它能在运算的同时纠错。包含大量光子的单个光信号工作原理与排列大量量子比特的状态相同，因此有望在计算机体积不增大的情况下提高运算能力。

中科院院士段路明团队在量子研究领域取得重要突破 《自然》官网发表

中科院院士段路明团队在量子研究领域取得重要突破 《自然》官网发表 段路明院士（右一）指导学生实验。清华大学 供图研究团队介绍，离子阱系统被认为是最有希望实现大规模量子模拟和量子计算的物理系统之一，多个实验验证了离子量子比特的高精密相干操控，该系统的规模化被认为是主要挑战。清华段路明研究组利用低温一体化离子阱技术和二维离子阵列方案，大规模扩展离子量子比特数，提高离子阵列稳定性，首次实现512离子二维阵列的稳定囚禁和边带冷却，并首次对300离子实现可单比特分辨的量子态测量。研究人员进而利用300个离子量子比特实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟计算。长程横场伊辛模型，是一类重要的量子多体模型，有助于理解量子信息、凝聚态物理等领域的基本问题，也可用于求解优化问题等现实应用。该工作实现了国际上最大规模具有单比特分辨率的多离子量子模拟计算，将该研究组保持的离子量子比特数国际记录（61离子），往前推进了一大步，首次实现基于二维离子阵列的大规模量子模拟。研究人员还对该模型的动力学演化进行量子模拟计算，300个离子量子比特同时工作时，所能执行的计算复杂度达到2的300次方，超越经典计算机的直接模拟能力。该实验系统为进一步研究多体非平衡态量子动力学这一重要难题提供了强大的工具。 ... PC版： 手机版：

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：