量子機(jī)器的計(jì)算能力目前還很低。提高性能是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。奧地利因斯布魯克大學(xué)的物理學(xué)家現(xiàn)在提出了一種通用量子計(jì)算機(jī)的新架構(gòu)，該架構(gòu)克服了這些限制，并可能很快成為下一代量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。
量子計(jì)算機(jī)中的量子比特(qubits)同時(shí)作為計(jì)算單元和內(nèi)存。因?yàn)榱孔有畔⒉荒鼙粡?fù)制，它不能像經(jīng)典計(jì)算機(jī)那樣存儲(chǔ)在內(nèi)存中。由于這個(gè)限制，量子計(jì)算機(jī)中的所有量子比特必須能夠相互交互。
目前這仍然是構(gòu)建強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)的主要挑戰(zhàn)。2015年，理論物理學(xué)家WolfgangLechner與PhilippHauke和PeterZoller一起解決了這一難題，并提出了一種新的量子計(jì)算機(jī)架構(gòu)，現(xiàn)在以作者的名字命名為L(zhǎng)HZ架構(gòu)。
“這種架構(gòu)最初是為優(yōu)化問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，”奧地利因斯布魯克大學(xué)理論物理系的WolfgangLechner說(shuō)。“在此過(guò)程中，我們將架構(gòu)減少到最低限度，以便盡可能高效地解決這些優(yōu)化問(wèn)題。”
該架構(gòu)中的物理量子比特不代表單個(gè)比特，而是編碼比特之間的相對(duì)協(xié)調(diào)。“這意味著并非所有的量子比特都必須相互交互，”WolfgangLechner解釋道。他和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)證明，這種奇偶性概念也適用于通用量子計(jì)算機(jī)。
復(fù)雜的操作被簡(jiǎn)化
奇偶校驗(yàn)計(jì)算機(jī)可以在單個(gè)量子位上的兩個(gè)或多個(gè)量子位之間執(zhí)行操作。WolfgangLechner團(tuán)隊(duì)的MichaelFellner解釋說(shuō)：“現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)在小范圍內(nèi)很好地實(shí)現(xiàn)了此類操作。”“然而，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，實(shí)現(xiàn)這些門操作變得越來(lái)越復(fù)雜。”
在《物理評(píng)論快報(bào)》和《物理評(píng)論A》的兩篇出版物中，因斯布魯克的科學(xué)家們現(xiàn)在表明，奇偶校驗(yàn)計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行量子傅里葉變換——許多量子算法的基本組成部分——計(jì)算步驟顯著減少，因此速度更快。Fellner解釋說(shuō)：“我們架構(gòu)的高度并行性意味著，例如，眾所周知的用于因數(shù)分解的Shor算法可以非常有效地執(zhí)行。”
兩級(jí)糾錯(cuò)
新概念還提供硬件高效的糾錯(cuò)。因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)對(duì)干擾非常敏感，所以量子計(jì)算機(jī)必須不斷地糾正錯(cuò)誤。必須投入大量資源來(lái)保護(hù)量子信息，這大大增加了所需的量子比特?cái)?shù)量。“我們的模型采用兩階段糾錯(cuò)操作，使用的硬件可以防止一種錯(cuò)誤(位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤或相位錯(cuò)誤)，”AnetteMessinger和KilianEnder寫道，他們也是因斯布魯克研究團(tuán)隊(duì)的成員。
在不同的平臺(tái)上已經(jīng)有初步的實(shí)驗(yàn)方法。“其他類型的錯(cuò)誤可以通過(guò)軟件檢測(cè)和糾正，”梅辛格和恩德說(shuō)。這將使下一代通用量子計(jì)算機(jī)能夠以可控的努力實(shí)現(xiàn)。
由WolfgangLechner和MagdalenaHauser共同創(chuàng)立的衍生公司ParityQC已經(jīng)在因斯布魯克與來(lái)自科學(xué)和工業(yè)界的合作伙伴就新模型的可能實(shí)施進(jìn)行合作。
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