发布于： 北京 2023-12-11 15：27
图：哈佛大学领导的团队开发了新的逻辑量子比特，以实现可扩展的量子计算。
据 Space.com 12 月 8 日报道，一组致力于 DARPA 噪声中尺度量子器件优化 （ONISQ） 计划的研究人员创建了有史以来第一个具有逻辑量子比特（qubits）的量子电路，这是一项关键发现，可以加速容错量子计算并彻底改变容错量子计算的概念。
ONISQ 计划于 2020 年启动，旨在通过超越经典超级计算机的性能来解决一个特别具有挑战性的问题，即组合优化，从而展示量子信息处理的定量优势。 该计划追求一种混合概念，将中型“嘈杂”或容易出错的量子处理器与专门设计用于解决国防和商业行业感兴趣的优化问题的经典系统相结合。 选择团队探索各种类型的物理非逻辑量子比特，包括超导量子比特、离子量子比特和里德伯原子量子比特。
哈佛大学的研究团队在麻省理工学院、Queracomputing、加州理工学院和普林斯顿大学的支持下，专注于探索里德堡量子比特的潜力，并在研究过程中取得了重大突破：该团队开发了使用量子比特创建纠错逻辑量子比特的技术。 “嘈杂”的物理里德伯格量子比特数组。 逻辑量子比特是实现容错量子计算难题中一个关键的缺失部分。 与容易出错的物理量子比特相比，逻辑量子比特经过纠错以保持其量子状态，从而可用于解决各种复杂问题。
迄今为止，哈佛大学已经在其实验室中构建了包含约48个里德堡逻辑量子比特的量子电路，这是现存数量最多的逻辑量子比特。 由于里德堡量子比特的性质及其操作方式，预计快速扩展逻辑量子比特的数量将相对简单。
DARPA国防科学办公室ONISQ项目经理Mukundvengalattore博士说：“里德堡量子比特具有有益的特征，本质上是同质的，这意味着每个量子比特的行为方式与下一个量子比特没有不同。 其他平台（例如超导量子比特）并非如此，其中每个量子比特都是唯一的，因此不可互换。 “里德堡量子比特的同质性使它们能够快速扩展，并且还允许它们使用量子电路上的激光轻松操纵和移动。 这克服了目前执行量子比特操作的容易出错的方法，该方法必须按顺序连接它们，从而在整个芯片中传播错误。
现在你可以想象量子芯片上量子比特的动态重构，你不再局限于运行量子电路的顺序过程。 现在，您可以使用激光镊子将整个量子比特集合从电路中的一个位置移动到另一个位置，运行操作，然后将它们放回原始位置。 动态可重构和可转移的里德堡逻辑量子比特为设计和构建可扩展的量子计算处理器开辟了全新的概念和范式。
如果三年前ONISQ项目开始时有人认为里德堡中性原子可以充当逻辑量子比特，没有人会相信，“DARPA的技术顾问Guido Zuccarello博士说，他自ONISQ项目成立以来一直支持该项目。 作为一项探索性计划，ONISQ 为研究人员提供了探索独特和新应用的余地，而不仅仅是优化重点。 ”
虽然预计至少需要比 48 个逻辑量子比特大一个数量级才能解决量子计算机设想的任何重大问题，但里德堡逻辑量子比特的突破为传统智慧提供了新的视角，即在故障可以发展成宽容的量子计算机之前，需要数百万个物理量子比特。 鉴于动态可重构量子电路的前景，现在说解决特定问题需要多少逻辑量子比特还为时过早。
自 2000 年代初以来，DARPA 的各种量子项目一直专注于在量子传感和量子信息科学研究社区之间架起桥梁，这些社区传统上是孤立的。 DARPA帮助将这些社区聚集在一起，以促进对如何以极高的精度控制和操纵量子态的理解。
“ONISQ研究团队可以利用DARPA在过去几年中开发的多个量子传感和量子信息科学项目开发的丰富的量子知识工具箱，”Vengalattore说。 该工具箱包含来自许多 DARPA 项目的深入基础和技术见解，包括 OLE [光学晶格器件]、Quasar [量子辅助传感和读出]、ATN [All Together Now] 和 DrinQS [驱动和非平衡量子系统]。 ”
Vengalattore强调，将量子传感和量子信息科学社区聚集在ONISQ下，可以将里德堡量子传感知识应用于量子计算挑战，其速度在几年前很少有人能预料到。
“基于DARPA领导的一系列先前量子研究成果的研究领域的合并有助于促进里德堡原子可用于创建纠错逻辑量子比特的发现，”Vengalattore说。 虽然这些结果令人兴奋和变革，但我们认为它们是通往纠错量子计算和其他量子技术领域的颠覆性途径的长期愿景的垫脚石。 ”