未来十年科技公司竞相扩大量子计算规模

根据 IBM、谷歌、亚马逊、微软等公司分享的详细信息，美国科技公司正在竞相将量子计算机系统从实验室原型扩展到工业机器。

芯片设计和纠错技术的突破缩小了技术差距，使得一些人能够实现十年的目标，但也有人警告称，这条路还很长。

IBM 于 6 月份发布的公告列出了一项全面的设计方案，填补了早期计划中缺失的工程细节。该公司量子项目负责人杰伊·甘贝塔 (Jay Gambetta) 表示，他们现在有了一条“清晰的路径”，能够在 2030 年前制造出在材料模拟和人工智能建模等任务上超越 classic计算机的机器。

由朱利安·凯利 (Julian Kelly) 领导的谷歌量子研究团队去年解决了其最大的技术障碍之一，并表示将在十年内实现这一目标，凯利称所有剩余问题都是“可以克服的”。

公司努力解决扩展挑战

亚马逊量子硬件主管奥斯卡·佩因特（Oskar Painter）警告称，即使取得了重大的物理学里程碑，进入工业化阶段仍可能需要15到30年的时间。要实现有意义的性能，量子比特（基本量子单位）的数量必须从不足200个跃升至100万个以上。

量子比特的不稳定性阻碍了量子扩展，使其可用状态的时间被限制在几分之一秒内。IBM 的 Condor 芯片拥有 433 个量子比特，出现了组件间干扰的问题，Rigetti Computing 首席执行官 Subodh Kulkarni 将其描述为“一个棘手的物理问题”。IBM 表示，他们已经预料到了这个问题，目前正在使用不同的耦合器来减少干扰。

早期系统依靠单独调整的量子比特来提升性能，但这在大规模应用中行不通。目前，各公司正在开发更可靠的组件和更经济的制造方法。

谷歌的成本削减目标是将零部件价格降低十倍，以 10 亿美元的价格构建一个完整的系统。纠错技术，即在量子比特之间复制数据，确保丢失一个数据不会影响结果，被认为是实现规模化应用的必要条件。

谷歌是唯一一家展示出纠错功能会随着系统规模增长而不断改进的芯片的公司。凯利表示，跳过这一步将导致“一台会输出噪音的昂贵机器”。

竞争设计和政府支持

IBM 正在押注一种名为低密度奇偶校验码的纠错方法，该公司声称这种方法所需的量子比特比谷歌的表面码方法少 90%。表面码将网格中的每个量子比特与其相邻的量子比特连接起来，但需要超过一百万个量子比特才能完成有用的工作。

IBM 的方法需要量子比特之间建立长距离连接，这在工程设计上非常困难。IBM 表示，他们现在已经实现了这一点，但 Gartner 的 Mark Horvath 等分析师表示，该设计目前仍停留在理论阶段，必须在制造过程中进行验证。

其他技术障碍仍然存在：简化布线、将多个芯片连接成模块以及构建更大的低温冰箱以使系统保持接近绝对零度。

IBM使用的超导量子比特表现出tron的进展，但难以控制。诸如捕获离子、中性原子和光子等替代方案更稳定，但速度较慢，且难以连接到大型系统。

英国Universal Quantum公司首席执行官塞巴斯蒂安·魏特（Sebastian Weidt）表示，政府的资助决定可能会将竞争范围缩小到少数几家。五角大楼的研究机构美国国防部高级研究计划局（DARPA）已启动一项审查，以dent实用系统的最快途径。

亚马逊和微软正在尝试新的量子比特设计，包括奇异的物质状态，而老牌企业则不断改进旧技术。“虽然很难，但并不意味着无法实现，”霍瓦特说道，他总结了业界实现百万量子比特目标的决心。

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