北京2021年11月3日 /美通社/ -- 盡管量子計(jì)算機(jī)可以解決目前傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的問題，但它對環(huán)境的微小變化非常敏感，也更容易出錯(cuò)。
量子計(jì)算有望推動(dòng)醫(yī)學(xué)、制造、材料生產(chǎn)等方方面面的技術(shù)進(jìn)步。
為加速量子計(jì)算技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，亞馬遜云科技在2019年推出亞馬遜云科技量子計(jì)算中心。亞馬遜云科技日前在美國加州理工學(xué)院 (Caltech)建設(shè)了一個(gè)新的量子計(jì)算中心，致力于構(gòu)建“容錯(cuò)”量子計(jì)算機(jī)。該中心的團(tuán)隊(duì)成員將專注于開發(fā)更強(qiáng)大的量子計(jì)算硬件，并發(fā)現(xiàn)量子技術(shù)的新應(yīng)用。
亞馬遜云科技量子計(jì)算中心將致力于解決以下五大挑戰(zhàn)：
第一：制作更多、更好的量子比特
傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用比特位（通常在代碼中表示為 1 或 0 的值）作為最基本的信息單位。比特位可以是具有兩種不同狀態(tài)的任何東西。例如，打開或關(guān)閉的燈，或打開或關(guān)閉的門。但是量子計(jì)算機(jī)使用量子位或“qubits”（通常是電子或光子等基本粒子）進(jìn)行計(jì)算。與比特位不同，量子位可以被操縱以存在于稱為疊加態(tài)的量子狀態(tài)中，可以同時(shí)為1和0，以及介于兩者之間的所有可能狀態(tài)。加上量子狀態(tài)中量子位的其他一些同樣令人費(fèi)解的行為，量子計(jì)算機(jī)可以比任何當(dāng)前或未來的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更高效地執(zhí)行某些計(jì)算。亞馬遜云科技量子計(jì)算中心團(tuán)隊(duì)將使用超導(dǎo)材料構(gòu)建量子位，例如在硅基芯片上通過鋁圖案化成電子電路。讓更多人理解制造這些的技術(shù)，將有希望以可重復(fù)的方式規(guī)模化制造更多的量子比特。
一位亞馬遜云科技量子硬件工程師正在操作稀釋制冷機(jī)器。稀釋制冷機(jī)可以將量子處理器冷卻至比外太空環(huán)境更低的溫度。
第二：降低噪音。
量子位存在于量子狀態(tài)的能力讓量子計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某些計(jì)算時(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)擁有更強(qiáng)大的潛力。但是讓量子位保持這種狀態(tài)是非常具有挑戰(zhàn)的。即使是環(huán)境中最微小的變化（被量子科學(xué)家稱為“噪音”），例如振動(dòng)或熱量，也會(huì)使它們脫離疊加態(tài)，導(dǎo)致其丟失信息并變得更容易出錯(cuò)。構(gòu)建成功的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵在于控制這些錯(cuò)誤。亞馬遜云科技將通過改進(jìn)材料來降低噪音，例如在超導(dǎo)體表面每次制備一個(gè)原子層，最大限度地減少缺陷。
第三：開發(fā)更大的量子計(jì)算機(jī)。
構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)方面是如何進(jìn)行擴(kuò)展。為了超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)的成就，它們需要比當(dāng)前的機(jī)器大得多。今天的量子計(jì)算機(jī)“嘈雜”且容易出錯(cuò)。量子研究人員的目標(biāo)是從少數(shù)嘈雜的量子位擴(kuò)展到具有數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)極低噪音量子位的機(jī)器。新成立的亞馬遜云科技量子計(jì)算中心將致力于不斷推動(dòng)量子研究和開發(fā)，包括用于支持更大量子設(shè)備所需的技術(shù)，例如保護(hù)設(shè)備免受熱噪聲影響的低溫冷卻系統(tǒng)，以及構(gòu)建新形式量子電路所需的納米級制造工具。
第四：降低糾錯(cuò)成本。
除了在降低噪音方面進(jìn)行創(chuàng)新，亞馬遜云科技還將致力于在量子計(jì)算硬件中構(gòu)建糾錯(cuò)功能，使用冗余的物理量子位集形成“邏輯”量子位，這些量子位編碼量子信息，可用于檢測和糾正錯(cuò)誤。由于生成邏輯量子位需要大量物理硬件，因此以這種方式執(zhí)行糾錯(cuò)通常非常昂貴且需要大量資源。亞馬遜云科技正在研究通過設(shè)計(jì)更有效的方法，以更低的成本在量子硬件中實(shí)施糾錯(cuò)。
第五：時(shí)鐘提速
構(gòu)建可用的量子計(jì)算機(jī)不僅僅需要增加量子比特的數(shù)量。另一個(gè)重要的指標(biāo)是計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘速度，或準(zhǔn)確執(zhí)行“量子門操作”所需的時(shí)間。（量子門本質(zhì)上是量子電路的組建 -- 量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算的模型。）這就是超導(dǎo)量子位提供優(yōu)勢的領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兏菀准铀倭孔娱T。亞馬遜云科技試圖構(gòu)建更好的量子位，而這成功的最終衡量標(biāo)準(zhǔn)是它可以在多大程度上加快時(shí)鐘速度同時(shí)減少量子門錯(cuò)誤。
亞馬遜云科技量子計(jì)算中心
位于美國加州理工學(xué)院的亞馬遜云科技量子計(jì)算中心
亞馬遜云科技量子計(jì)算中心匯集了來自亞馬遜、美國加州理工學(xué)院和其他頂級學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)的量子計(jì)算專家。為支持未來的量子科學(xué)家，該中心還為學(xué)生和青年教職工提供獎(jiǎng)學(xué)金和培訓(xùn)機(jī)會(huì)。
該中心的最終目標(biāo)是構(gòu)建一種全新類型的計(jì)算機(jī)：一種容錯(cuò)的量子機(jī)器。這種機(jī)器能夠在計(jì)算精度上超越經(jīng)典計(jì)算技術(shù)，同時(shí)，能夠具有足夠大的規(guī)模來解決復(fù)雜問題，進(jìn)而對我們的生活和工作產(chǎn)生巨大影響
