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英特尔Jim Clarke:如何实现量子计算机实用性

2019-12-11已围观 36 次来源:互联网编辑:视野新闻网

本文作者:Jim Clarke,英特尔量子硬件总监

随着实现量子计算的马拉松逐步向前推进,研究人员已在实验室里取得了令人难以置信的研究成果。但是,要从实验室走向现实世界,就必须证明量子实用性,也就是这一变革性技术需要在药物开发、物流优化(找到任意数量中最高效线路)、自然灾害预测等领域实现从研究到商用的跨越。在英特尔,这就是我们开发量子计算的终极目标。

尽管量子计算研究中取得的每个里程碑都值得庆贺,但我担心的是该领域不能充分推动量子生态系统的发展,以实现其从实验室成果到改变人们生活的飞跃。目前,研究人员广泛关注量子位的制造,构建测试芯片以证明少量纠缠的量子位就能指数级提升计算能力。这项工作证明了量子计算的理论和潜力,但并没有证明我们制造实用量子系统的能力。

在我看来,量子堆栈中的一个基本组件被忽略了,即没有进行足够的研究来推进有效运行大规模量子系统所需的控制和互连系统。目前,每个量子位都是单独控制的,这是一种简单粗暴的方法,无法扩展到改变世界所需的数目众多的量子位。只有克服这个障碍,我们才能跨过这场马拉松比赛的终点线。

英特尔研究院首席工程师Stefano Pellerano手持Horse Ridge芯片。这款全新低温控制芯片将加快全栈量子计算系统的开发步伐,标志着商业上可行的量子计算机发展到新的里程碑。

一段时间以来,开发商业上可行的量子系统一直是英特尔关注的焦点。现在,我们很高兴地告诉大家,我们已经取得了重大进展。近日,英特尔推出了参与这场量子计算马拉松比赛的最新团队成员Horse Ridge,它是以俄勒冈州最冷的地方命名的。作为首款可扩展低温控制芯片,Horse Ridge将简化多个量子位的互连和布线,从而使我们能够以更简易的方式扩展系统。

有了可扩展的控制系统,我们就可以更快从量子理论过渡到量子实用性。量子计算机有望解决传统计算机无法处理的问题,因为量子位可以同时以多种状态存在,借助这一量子物理学现象,量子位能够同时进行大量计算,从而大大加快了解决复杂问题的速度,将几年时间缩短到几分钟。但是,要想让这些量子位发挥作用,就需要在低温冰箱(温度比外太空还要低)内外串起数百条连接线。

然而,这种针对每个量子位的广泛控制布线将会束缚量子系统的能力,使其无法扩展到证明量子实用性所需要的成百上千个量子位,更不用说现实世界中商业可行的量子解决方案所需的数百万个量子位了。

英特尔量子计算实验室中的量子计算冰箱内部照片,该实验室位于俄勒冈州希尔斯伯勒

显然,开发控制系统并不像量子位数量增加那样值得大肆宣传,但这也是一个必需因素。Horse Ridge是该领域的第一个重要里程碑,使我们能够以更快的速度实现量子实用性。我们为Horse Ridge及其为未来量子计算发展所带来的可能性感到自豪。我强调量子系统中控制和互连的重要性,同时也对它研究团队所做的令人瞩目的工作给予肯定。量子计算领域有了惊人的发现,包括最近在53量子位芯片上证明的量子霸权。

但是,经过广泛模拟,我们自己内部的研究表明,通过量子计算来解决实际问题的前提条件是:可能需要至少数千个量子位一起可靠地运行。53量子位芯片是一个不错的开始,但前路依然漫漫。如果能够有效解决量子系统中的控制和互连难题,那么量子实用性将很快出现在我们眼前。

这场马拉松比赛还在继续......但是在赢得最终胜利之前,我们还有很多艰辛的里程要跑。

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