微軟與量子計(jì)算公司Quantinuum深度合作,宣布在實(shí)驗(yàn)中成功完成了多達(dá)14000次無(wú)錯(cuò)誤的量子計(jì)算操作,刷新量子計(jì)算錯(cuò)誤率紀(jì)錄,將錯(cuò)誤率降低800倍,這也為未來(lái)的科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新開辟了新的方向。
在AI技術(shù)與數(shù)字化浪潮中,計(jì)算能力的提升一直是科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。然而,在面對(duì)氣候變化模擬、藥物研發(fā)、新材料設(shè)計(jì)等極端復(fù)雜問(wèn)題時(shí),傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已顯得力不從心。量子計(jì)算作為一種全新的計(jì)算范式,為解決這些問(wèn)題提供了前所未有的可能性。
量子計(jì)算的核心在于量子比特(qubit),不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的比特,它能夠同時(shí)處于0和1的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的并行計(jì)算。然而,量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)之路充滿挑戰(zhàn),首要問(wèn)題是量子比特的穩(wěn)定性:由于量子系統(tǒng)的高度敏感性,微小的環(huán)境擾動(dòng)都可能導(dǎo)致量子比特狀態(tài)的變化,從而引入計(jì)算誤差。因此,如何提升量子比特的穩(wěn)定性,降低誤差率,是實(shí)現(xiàn)可靠量子計(jì)算的關(guān)鍵。
近日,量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展:通過(guò)結(jié)合微軟的量子比特虛擬化系統(tǒng)(qubit virtualization system)和Quantinuum的離子阱硬件技術(shù)(ion trap hardware),成功實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的低錯(cuò)誤率邏輯量子比特的操作。這一成果不僅標(biāo)志著量子計(jì)算從嘈雜中間規(guī)模量子(Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ)時(shí)代,向更具穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的2級(jí)彈性量子運(yùn)算(Level 2 Resilient quantum computing)時(shí)代的邁進(jìn),也為未來(lái)的量子技術(shù)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
更為引人注目的是,微軟和Quantinuum在實(shí)驗(yàn)中成功完成了多達(dá)14000次的量子計(jì)算操作,且未出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。這一成就是物理錯(cuò)誤率與邏輯錯(cuò)誤率間前所未有的巨大差距的成功展現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)誤率降低800倍的卓越成果,刷新了量子計(jì)算的錯(cuò)誤率紀(jì)錄。
“量子糾錯(cuò)和容錯(cuò)技術(shù)的重大突破,對(duì)于量子計(jì)算在科學(xué)探索與能源安全領(lǐng)域發(fā)揮長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值至關(guān)重要。這些顯著成果不僅彰顯了量子技術(shù)的巨大潛力,更為量子計(jì)算系統(tǒng)的持續(xù)研發(fā)與創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)?!?/p>
特拉維斯·漢伯博士
橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子科學(xué)中心主任
重大突破:
攻克量子誤差處理難題
我們迎來(lái)了量子計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)里程碑時(shí)刻,成功地從基礎(chǔ)階段躍升至韌性階段,這是行業(yè)的首次重大突破。我們正站在一個(gè)新起點(diǎn),即將利用更為可靠的量子計(jì)算機(jī)去解決復(fù)雜而富有意義的問(wèn)題。
我們的量子比特虛擬化系統(tǒng),結(jié)合Quantinuum的硬件,能夠過(guò)濾和糾正錯(cuò)誤,展示了迄今為止物理錯(cuò)誤率和邏輯錯(cuò)誤率之間最大的降低空間。該系統(tǒng)不僅展現(xiàn)了四個(gè)邏輯量子比特降低邏輯錯(cuò)誤的巨大能力,而且標(biāo)志著我們正在向著更加可靠的量子計(jì)算邁進(jìn)。
更令人振奮的是,我們能夠在不損害邏輯量子比特的前提下,進(jìn)行錯(cuò)誤診斷和糾正。這種被稱為“主動(dòng)癥狀提取(Active Syndrome Extraction)”的技術(shù),不僅提升了量子計(jì)算的可靠性,也為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)了重大突破。利用這一系統(tǒng),我們成功運(yùn)行了超過(guò)14000次單獨(dú)的實(shí)驗(yàn),沒(méi)有發(fā)生任何錯(cuò)誤。
“量子錯(cuò)誤糾正一直被視為理論上的挑戰(zhàn),但微軟的中間層軟件在優(yōu)化量子比特、降低錯(cuò)誤率方面取得了顯著的進(jìn)步,真正地將理論轉(zhuǎn)化為了實(shí)際應(yīng)用。”
大衛(wèi)·肖博士
全球量子情報(bào)首席分析師
長(zhǎng)期合作:
微軟與 Quantinuum 攜手共進(jìn)
自2019年起,微軟與Quantinuum便建立了深厚的合作關(guān)系,共同致力于讓量子開發(fā)者能夠在離子阱量子比特技術(shù)上,輕松編寫和運(yùn)行前沿的量子代碼。這種技術(shù)憑借卓越的高保真度、全連通性和中電路測(cè)量能力,在業(yè)界樹立了新的標(biāo)桿。如今,Quantinuum憑借其卓越的量子體積表現(xiàn),在業(yè)界贏得了廣泛的認(rèn)可,并已做好準(zhǔn)備迎接量子計(jì)算的更高階段。
“今天里程碑式的成就,標(biāo)志著微軟與Quantinuum在量子計(jì)算領(lǐng)域的合作達(dá)到了新的高度。憑借微軟尖端的錯(cuò)誤糾正技術(shù)和Quantinuum世界領(lǐng)先的量子硬件,我們共同為量子應(yīng)用開啟了前所未有的可能性。我們滿懷期待地看到,未來(lái)將有更多的客戶和合作伙伴從我們的解決方案中受益,一同探索量子計(jì)算的廣闊前景?!?/p>
伊利亞斯·汗
Quantinuum創(chuàng)始人兼首席產(chǎn)品官
Quantinuum的硬件憑借高達(dá)99.8%的物理雙量子比特保真度,為量子計(jì)算的可靠性奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)合微軟量子比特虛擬化系統(tǒng)的先進(jìn)診斷和錯(cuò)誤糾正功能,我們成功實(shí)現(xiàn)了這一重大突破,引領(lǐng)著量子計(jì)算領(lǐng)域邁入更加穩(wěn)定、可靠的新階段。
展望未來(lái):
邁向量子超級(jí)計(jì)算新紀(jì)元
我們的使命是予力全球每一人、每一組織,成就不凡。為此,我們借助Azure Quantum平臺(tái),將全球領(lǐng)先的NISQ硬件引入云端,讓量子技術(shù)觸手可及。為了進(jìn)一步推動(dòng)量子生態(tài)的發(fā)展,我們?cè)贏zure Quantum Elements預(yù)覽版中,將人工智能、量子計(jì)算和云HPC技術(shù)融為一體。我們利用這一平臺(tái),設(shè)計(jì)并展示了一個(gè)端到端的工作流程,整合了包括Copilot、Azure計(jì)算與Quantinuum處理器上的量子算法,共同訓(xùn)練出用于屬性預(yù)測(cè)的AI模型。
今天,我們?cè)俅芜~出堅(jiān)實(shí)的一步,將量子硬件推向韌性階段。在不久的將來(lái),基于這些邏輯量子比特的高級(jí)功能,將以預(yù)覽版的形式呈現(xiàn)給Azure Quantum Elements的用戶。
我們深知,量子技術(shù)的未來(lái)遠(yuǎn)不止于此。因此,我們持續(xù)投入研發(fā),致力于超越韌性階段,向量子超級(jí)計(jì)算邁進(jìn)。Azure Quantum團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了拓?fù)浞椒ǖ目尚行裕覀儗?duì)未來(lái)充滿信心。在下一階段,我們期待能夠解決更多復(fù)雜問(wèn)題,特別是在化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域,解鎖全新應(yīng)用,將量子計(jì)算與經(jīng)典超級(jí)計(jì)算和AI技術(shù)相結(jié)合,共同在Azure Quantum云平臺(tái)上創(chuàng)造無(wú)限可能。
我們熱切期待將這些創(chuàng)新成果帶給每一位客戶,讓量子技術(shù)的力量真正惠及每一個(gè)人。
[1] 資料信息:微軟與Quantinuum如何實(shí)現(xiàn)可靠的量子計(jì)算 ,
https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2024/04/03/how-microsoft-and-quantinuum-achieved-reliable-quantum-computing/
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原文標(biāo)題:量子計(jì)算最新突破!實(shí)現(xiàn)14000次實(shí)驗(yàn)無(wú)錯(cuò)誤
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