亞馬遜首款量子芯片問世，量子糾錯(cuò)成本降低90%

繼Google、微軟先后展現(xiàn)量子芯片研究成果后，亞馬遜云端運(yùn)算服務(wù)近日發(fā)表首款量子芯片原型產(chǎn)品“Ocelot”，目的在于測(cè)試AWS量子糾錯(cuò)架構(gòu)的有效性，這與目前的量子糾錯(cuò)方式相比成本可以降低多達(dá)90%。

Ocelot由設(shè)于加州理工學(xué)院的AWS量子運(yùn)算中心團(tuán)隊(duì)研發(fā)而成，是建立容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)過程中的重大突破，容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)將能解決當(dāng)今傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法處理的商業(yè)和科學(xué)難題。

量子計(jì)算機(jī)面臨一大挑戰(zhàn)是，它對(duì)環(huán)境中最微小的變化或噪聲極為敏感，無論振動(dòng)、熱、來自手機(jī)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾，甚至來自外太空的宇宙射線和輻射，都有可能使量子位元偏離量子狀態(tài)，導(dǎo)致量子運(yùn)算出錯(cuò)。為此量子計(jì)算機(jī)依靠量子糾錯(cuò)，即是使用跨多個(gè)量子位元的量子信息特殊編碼，保護(hù)量子信息不受環(huán)境影響。考量到獲得準(zhǔn)確結(jié)果所需的量子位元數(shù)量，目前量子糾錯(cuò)方式的成本非常高。

為了解決量子糾錯(cuò)相關(guān)問題，AWS在Ocelot（在動(dòng)物學(xué)是指“美洲豹貓”）使用嶄新架構(gòu)設(shè)計(jì)，從一開始內(nèi)建糾錯(cuò)，并采用貓量子位元（cat qubit）。貓量子位元以20世紀(jì)思想實(shí)驗(yàn)“薛丁格的貓”命名，能夠抑制某些形式的錯(cuò)誤，進(jìn)而減少量子糾錯(cuò)所需資源。

透過Ocelot的設(shè)計(jì)，研究人員首次成功將貓量子位元技術(shù)和其他量子糾錯(cuò)組件整合到可規(guī)模化制造的硅微型芯片上，芯片面積僅1平方公分，表面有超導(dǎo)材料薄膜構(gòu)成量子電路元件，這種方式借鑒微電子產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大制程。

Ocelot的高質(zhì)量振蕩器由一種名為“鉭”（Tantalum）的超導(dǎo)材料薄膜制成，AWS材料科學(xué)家開發(fā)出一種在硅微型芯片處理鉭的特殊方法，以提高振蕩器性能。

“隨著近期量子研究進(jìn)展，實(shí)用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)問世不再是“是否”的問題，而是“何時(shí)”的問題，Ocelot便是邁向這個(gè)目標(biāo)的重要一步。未來以O(shè)celot架構(gòu)設(shè)計(jì)的量子芯片，所需的糾錯(cuò)資源將大幅減少，使成本降至目前方法的五分之一。”AWS量子硬件部門負(fù)責(zé)人Oskar Painter強(qiáng)調(diào)，“我們相信，這將加速實(shí)用量子計(jì)算機(jī)問世，最多可以提前5年。”