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微软量子计算研发如何?想在核心元件取得进展

11月9日,据外国媒体报道,谷歌刚刚宣布实现量子霸权,这是一个里程碑,允许量子计算机以当今技术无法想象的速度进行计算。但微软希望在重新设计量子计算核心元素量子位(Qubit)方面取得更大进展。

微软一直在研发一种名为拓扑量子比特(拓扑量子位)的技术,希望它能给量子计算带来难以想象的好处。微软量子计算软件部门总经理克里斯塔斯瓦尔德(Christaswald,krystasvore)表示,经过五年的研究,公司已经准备好将拓扑量子位元投入使用。

传统计算机将数据存储为代表0或1的比特。然而,通过一种特殊的量子物理原理叠加,量子比特可以同时存储0和1的组合。量子比特也可以与另一种称为纠缠的现象结合起来,从而使量子计算机能够同时探索大量可能的解决方案。

然而,量子计算的一个基本问题是,量子比特容易受到干扰,这就是为什么量子计算机的核心被放置在巨大的冷藏容器中。然而,即使有了这种隔离,单量子比特也只能在短短的一秒内完成有用的工作。为了进行补偿,量子计算机设计者计划使用一种称为纠错的技术,将多个量子比特连接起来,形成一个有效的量子比特,称为逻辑量子比特。其思想是,即使许多逻辑量子比特的基本物理量子位元被误入歧途,逻辑量子位仍能执行有用的处理。

微软拓扑量子位的主要优点是,制作逻辑量子位所需的物理量子位较少。具体来说,使用微软的拓扑量子位,逻辑量子位需要10至100个物理量子位。相比之下,其他方法则需要约1000至20000个物理量子位。这意味着,用微软技术构建的量子计算机可以用更少的量子位元变得更实用。

相比之下,谷歌的量子计算芯片sycamore使用了53个物理量子位元。对于重要的量子计算,研究人员希望达到至少100万量子位的水平。

然而,微软拓扑量子位元的一个缺点是,它们尚未面世。替代设计可能不太好,但它们目前正在现实世界中测试。微软希望应用它的技术,帮助解决化学问题,比如更有效地制造化肥,或者安排卡车加快运输速度,减少交通堵塞。

微软还在努力改进量子计算的其他方面,例如控制系统。在今天的量子计算机中,它是一个由数百根电线组成的复杂系统,每根电线都是一根昂贵的同轴电缆,用来与量子位进行通信。微软最新的量子计算机控制系统使用的电线要少得多,从216条减少到3条。

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