Tag: 量子計算

快科技10月16日消息，近日富士康母公司鴻海集團在其官網宣布，作為未來布局3+3轉型策略的重要樞紐之一，鴻海集團正式啟用了離子阱量子計算實驗室，至此台灣首座量子電腦開發中心正式亮相。 鴻海集團在文章中表示，新啟用的離子阱量子計算實驗室由鴻海研究院耗時近2年打造完成。主要致力發展基於離子阱平台的通用型量子計算機，並投入到量子操控、光電子電路的半導體晶片等關鍵技術。 離子阱實驗室主任林俊達認為，量子計算絕對是下一代技術發展的力量源泉。但量子技術絕非是一蹴而就的，而是需要反復認錯並不斷積累經驗。這座離子阱實驗室是就是這樣一個重要的實驗場所。 在此前鴻海官方表示，預會在5年內會推出5-10 bit的開源、可編碼離子阱量子電腦，作為中長期可擴展量子電腦平台的原型。 目前而言，國際上實現量子計算的主流路徑有多個，包括超導量子計算、半導體量子計算、離子阱量子計算、原子量子計算、核自旋量子計算和拓撲量子計算等等。 在這眾多實現路徑當中，離子阱量子計算以其長相干時間和高計算精度成為實現高可靠性量子信息處理器的有力候選方案。而鴻海研究院也是在評估人力、物力及可行性後，決定投入離子阱技術的發展。 來源：快科技

快科技4月14日消息，今天是第三個“世界量子日”，量旋科技借機舉辦2023年戰略發布會，三大業務線產品全面升級。 尤其是量旋科技重點布局的超導量子計算體系產品，首次正式亮相，包括超導量子晶片“少微”、超導晶片EDA軟體“天乙”、超導量子測控系統“織女星”三大新品。 據介紹，超導量子計算機一直被業內公認為最有發展潛力和前景的量子計算技術路線之一，也是量旋科技的重點發展方向。 本次發布的“少微”，是一款標準化、量產型的高性能量子晶片，具有高Qi值、長比特壽命、穩定性高等特點。 這意味著，量子比特可以在更長時間保持量子態，能夠進行更多的計算操作，提高量子計算的可靠性和准確性。 目前，量旋科技可以提供2比特、10比特、20比特等不同規格的的標準晶片，還能提供定型化晶片設計和加工服務。 超導晶片設計自動化軟體“天乙”是一款基於Web端的量子晶片EDA軟體，可為研究人員和工程師提供高效、智能、易用的量子晶片設計和仿真工具，實現超導量子晶片的快速疊代和工藝優化。 它具備豐富的超導量子晶片元器件庫，用戶可以靈活快速修改元器件的參數，也可以增加定製化的元器件。 軟體中還集成了智能化的全自動布線功能，可以有效避免手動布線的繁瑣和耗時的過程，提高設計效率和晶片製造的可靠性。 事實上，“少微”就是基於“天乙”實現的。 目前，量旋科技在超導量子晶片方面已經完成了涵蓋設計、製造、封裝、測試、交付的全流程，擁有專用的量子晶片生產線。 基於專用的量子晶片生產線，量旋科技不僅可以獨立控制產品品質和工藝流程，保證產品質量和穩定性，而且能夠更加精確地控制晶片生產過程中的各個環節，確保每一顆晶片都符合高品質標準，還能縮短交付貨期。 量子測控系統“織女星”(Vega)的推出，則是為了讓超導量子晶片發揮出量子計算指數級加速的性能，實現對量子比特的精準測量和控制。 此系統可滿足20比特測控的所有需求，測控人員可以發射和採集典型值為4到8GHz的射頻脈沖，操控和讀取量子比特態，進而實現對超導量子比特參數的標定、量子門操作和量子算法。 織女星由任意波形發生器、量子分析儀、觸發分配、時鍾分配、電源分配、混頻器模塊單元組成，高度約1.8米，銀灰色標準機櫃內部緊密排列著1U模塊單元，擴展、維護和拆裝都很方便。 相比同類型產品，織女星具有三大亮點： 一是更快： 利用幾十個FPGA晶片的強大算力進行分布式邊緣計算，對比CPU數據處理模式，大大提升測控速度。 二是更准： 同步精度優於1ns，垂直解析度16位，量子比特測控更精準。 三是更便捷： 開放底層API接口，適合各種測控需求；內置網分頻譜功能，方便調試和標定；支持FPGA程序遠程升級，模塊化單元緊湊易擴展。 來源：快科技

快科技4月14日消息，在第三個“世界量子日”，量旋科技舉辦2023戰略發布會，正式推出新一代可攜式核磁量子計算機——雙子座Mini pro和三角座Mini。 作為小型化量子計算機的開創者，量旋科技三年前發布全球首款桌面型量子計算機——雙子座，後又推出桌面型量子計算機三角座、可攜式量子計算機雙子座Mini。 其中，雙子座Mini pro是一款兩比特產品，相比前代產品，在保持產品尺寸和重量不變的情況下，大幅提高了量子計算的性能，特別是量子門的保真度，將單比特門保真度從99%提升到了99.6%，雙比特門保真度從98%提升到了99.3%。對量子計算來說，這個數字變化是一個巨大的飛躍。 為了進一步擴大小型量子計算機的應用范圍，量旋科技此次還推出了三比特的可攜式量子計算機三角座Mini，長寬與普通筆記本電腦相仿，重量只有16kg，能在室溫下穩定運行。 量旋科技創始人&CEO項金根表示，為在縮小尺寸的前提下實現更好的性能，量旋科技工程師在三角座Mini的研發中投入了巨大精力，不僅將射頻系統功率增益倍數，提升到了驚人的100億倍，同時通過對磁體勻場技術進一步改進，讓系統的量子退相干時間達到一個更長時間，從而能進行更多的量子門操作。 與其他量子計算設備相比，三角座Mini 具備很多優勢，小巧便攜、一體化設計、可室溫運行、免維護且性能強大，同時支持3比特完備的量子門操作，可以自由設計量子算法，支持經典-量子混合編程，還開放了硬體底層功能。 此外，作為教育儀器，三角座Mini還內置了完善的量子計算課程和習題。 項金根表示，“我們推出可攜式核磁量子計算機的初衷，是讓每個學生都能接觸到量子計算教育，讓量子計算機不再僅僅存在於科幻中，而是成為人人都能擁有的機器。” 據快科技了解，量旋科技成立於2018年，是一家致力於量子計算產業化和普惠化的一站式解決方案服務商。依託超導量子計算機、核磁量子計算機和量子計算雲平台，為用戶提供全方位、一體化的量子計算解決方案，共同推動全球量子計算事業的發展。 來源：快科技

GTC 2023春季大會上，NVIDIA宣布與Quantum Machines合作打造了全球首個GPU加速的量子計算系統——NVIDIA DGX Quantum。 該系統結合了NVIDIA Grace Hopper CPU+GPU超級晶片、CUDA Quantum開源編程模型組成的全球最強加速計算平台，以及Quantum Machines的全球最先進量子控制平台OPX。 它能讓研究人員構建量子計算、先進經典計算相結合的超強應用，進而推動校準、控制、量子糾錯和混合算法的發展。 其中，通過PCIe連接到OPX+平台，能夠使GPU晶片和量子處理器(QPU)之間的延遲降低到亞微秒級。 Grace Hopper超級晶片集成了一顆Hopper架構GPU，以及一顆Grace CPU，能夠大幅提升超大型AI、HPC應用的性能。 對於運行TB級數據的應用，它能夠實現高達10倍的性能提升，可幫助解決世界上最復雜難題的量子經典計算。 OPX+是一個通用的量子控制系統，將實時經典計算引擎加入到量子控制堆棧的核心，從而最大程度地提高QPU性能，並為量子算法開辟了新的可能性。 從幾個量子比特的QPU，到一個量子加速的超級計算機，Grace Hopper和OPX+系統都可以根據系統大小，進行靈活擴展。 CUDA Quantum是一個混合量子經典計算平台，能夠在一個系統中實現QPU、GPU和CPU的集成和編程，現已開源。 CUDA Quantum同時也迎來了一批新的合作夥伴，包括量子硬體公司Anyon Systems、Atom Computing、IonQ、ORCA Computing、Oxford Quantum Circuits、QuEra；量子軟體公司Agnostiq、QMware；超算中心——日本國家高級產業科學技術研究院、IT Center for Science(CSC)、美國國家超級計算應用中心(NCSA)。 來源：快科技

按照摩爾定律的發展，傳統的矽基晶片預計還有10年左右就要到極限了，1nm以下的工藝製造起來極為困難，業界也在研發各種新型晶片，比如光子晶片、量子計算、碳納米管之類的。 在量子計算上，Google、IBM、微軟等公司風頭很勁，前不久IBM還宣布研發出了433個量子比特的量子晶片，是2021年127位量子比特的三倍水平。 Intel也在研發量子計算晶片，他們的走的路線跟其他公司也有所不同，Intel是希望能夠利用當前的矽晶片製造工藝來生產量子晶片，這個領域他們不是唯一的公司，但是取得重要進展的公司也只有他們了，畢竟Intel手里有業界最先進的矽基生產工藝。 今年10月份，Intel公布了這方面的重要進展，在300mm晶圓上使用EUV光刻工藝成功生產出了10000個量子點陣列，而且良率高達95%。 Inte的目標是實現100萬個以上的量子比特計算，這個過程需要10年到15年時間，屆時才能真正商業化量子計算，而且他們認為量子計算會跟經典計算機並存，實現兩者的混合計算。 來源：快科技

只花4分鍾，就破解了量子加密算法的密鑰。 用的還是一台有10年“高齡”的台式機。 完全破解也只需62分鍾，CPU單核即可搞定。 兩位魯汶大學學者基於數學理論破解量子加密算法的消息，最近轟動了密碼學界。 要知道，他們破解的算法SIKE一直以來都被寄予厚望，過去12年都無人破解。 在前不久美國公布的後量子標準算法中，它是4個候選者之一，後續很可能被加入標準算法中。 而他們使用的方法原理，其實在25年前就提出了。 這引發了微軟、亞馬遜等多家科技巨頭對SIKE的重新調查。 同時也讓不少密碼學大佬開始感慨，理解密碼系統，還是要關注數學基礎理論啊！ 一朝破解12年未被攻破的算法 如上提到的SIKE算法，是一種PQC（後量子計算）算法。 隨著量子計算的出現，很多超大計算量問題迎刃而解，但經典加密算法也受到了威脅。 比如著名的RSA算法，其2048位長的加密信息，超算需要80年才能破解，而量子計算暴力破解只要8個小時。 因此，學界提出後量子密碼的概念，來抵抗量子計算機的破解。 最近，美國國家標準技術研究所（NIST）剛剛公布了首批後量子密碼標準算法，共有4個。 SIKE等另外4個算法，被認定為是候補選手，將進入下一輪的篩選。 SIKE的全稱為Supersingular Isogeny Key Encapsulation。 這是一種利用橢圓曲線作為定理的加密算法，看上去可以由一個y?=x?+Ax+B來表述，其中A和B是數字。 該方法的關鍵之處是使用了同源（Isogenies），也就是把一條橢圓曲線的點映射到另一條橢圓曲線上。 然後，基於Supersingular Isogeny Diffie-Hellman (SIDH) 密鑰交換協議，實現後量子密鑰封裝。 該方法可以抽象為這樣一個過程： 假設有Alice和Bob兩方想要秘密交換信息，但是處於一個不安全的環境下。 Alice和Bob可以被理解為是兩個圖（graph），它們有著相同的點，但是邊不同。 其中，每個點代表一條不同的橢圓曲線，如果一條橢圓曲線能以特定方式轉化為另一條橢圓曲線，即在兩點之間畫一條邊，這條邊表示同源關系。 Alice和Bob的邊不同，意味著他們分別由不同的同源關系定義。 現在，Alice和Bob從同一個點出發，每個人沿著自己圖上的邊隨機跳躍，並且跟蹤從一個點到另一個點的路徑。 然後，兩個人公布自己到達的中間點，但是路徑保密。 再然後，二人交換位置，重復自己之前的秘密路徑，這樣一來，二人最後會到達同一個點。 這個終點由於可以被秘密確定，所以可將它作為共享密鑰。 這種加密方式最大的好處在於，即便是攻擊者知道了Alice和Bob發送給彼此的中間點，也無法得知中間的過程。 更沒法找到最終的終點。 SIDH/IKE 也被認為是最早被使用的、基於同源的加密協議之一。 但這種方法有個問題，就是它必須對外提供一個輔助扭轉點（auxiliary torsion points），也就是除了Alice和Bob公開交換位點外的一些信息。 很多破解方法都在嘗試利用這個信息，這次也是如此。 來自比利時魯汶大學的學者們，在8月5日的一篇論文中詳細解釋了破解方法。 作者Thomas Decru表示，雖然橢圓曲線是一維的，但是在數學中，它可以被可視化表示為二維或者任何維度，所以可以在這些廣義對象之間創建映射關系。 Decru和Castryck計算了Alice的起點橢圓曲線與公開發給Bob的橢圓曲線的乘積，這樣會得到一個阿貝爾曲面。 然後通過一種可以將阿貝爾曲面和橢圓曲線聯系起來的數學定理，以及輔助扭轉點的信息，他們就能找到Alice和Bob的共享密鑰。 破解中用到的關鍵定理，來自數學家恩斯特·卡尼 (Ernst Kani ) 在1997年發表的一篇論文。 在實際操作中，研究人員通過一台已經用了10年的台式機，只需4分鍾就能找到SIKE密鑰。 完全攻破SIKE算法也只用了62分鍾，而且全程只用了單核。 對此，加密算法專家Christopher Peikert表示，一般當一種加密算法被提出後，往往會立刻出現很多破解方法，但是SIKE在提出的12年來，始終沒有被破解過，直到這次“一擊即中”。 而SIKE沒有被選為PQC標準，也是因為學界擔心它還沒有被充分研究，有遭受重大攻擊的可能。 這一次，SIKE被破解的關鍵，被歸功到了對數學理論的應用。 奧克蘭大學的數學家Steven Galbraith認為，此次破解中使用的核心理論來自數學。這也在一定程度上驗證了，對於研究密碼學，數學基礎理論的積累非常重要。 SIKE的提出者之一，加拿大滑鐵盧大學教授David Jao肯定了這次工作： 雖然一開始我為SIKE被破解感到難過，但這種利用數學的破解方法實在太妙了。 同時，他也為SIKE在被大范圍部署前被破解感到慶幸。 不過，雖然SIKE被破解了，但是其他使用同源方法加密的方法（CSIDHSQsign）還沒有被破解。 值得一提的是，這不是今年第一個被破解的PQC算法。 今年2月，多變量算法Rainbow也被破解了。 蘇黎世IBM研究院的學者Ward Beullens，用自己的筆記本電腦計算了一個周末（53個小時），破解了Rainbow的密鑰。 這一算法同樣是NIST PQC標準算法的候選者之一。 來源：快科技

7月25日消息，據媒體報導，近日，來自奧地利因斯布魯克大學的實驗物理系托馬斯·蒙茲團隊實現了一種新型的量子計算機，它成功突破了二進位的計算模式，可使用所謂的“量子數字”執行任意計算，從而以更少的量子粒子釋放更多的計算能力。 該項研究成果發表在最新一期《自然·物理學》雜誌上。 計算機使用0和1，也就是二進位信息進行運算，“然而，量子計算機的構建模塊不僅僅是0和1”，因斯布魯克大學實驗物理學家馬丁·林保爾解釋稱，“將它們限制為二進位系統會阻礙這些設備發揮真正潛力。” 據了解，量子計算機與傳統計算機有著本質的不同，比如在因斯布魯克量子計算機中，信息存儲在單個捕獲的鈣原子中。這些原子中的每一個天然有8種不同的狀態，通常只有其中兩種用於存儲信息。 但事實上，幾乎所有現有的量子計算機都可訪問更多的量子狀態，因此新開發的量子計算機，可使用鈣原子中多達7種狀態來充分利用這些原子的潛力，並且不會降低計算機的可靠性。 來源：快科技

量子計算被視為未來的科技制高點，全球主要大國都在研發量子計算機，之前主要方向是量子加密解密，然而量子計算的潛力不止於此，英國及美國等多國組成的團隊研究了量子算法在光線追蹤上的作用，可以讓光追性能提升190%。 大家都知道光追對硬體的要求非常高，即便AMD及NVIDIA最近兩年的顯卡都支持了光追，但應用范圍依然有限，因為現在的顯卡性能還無法實現遊戲中大量使用光追渲染。 這個團隊使用了量子算法來降低光追渲染的難度，簡單來說，在128x128解析度的渲染圖像中，他們研究了三種情況——經典的光追渲染、未優化的量子渲染及優化後的量子渲染。 在經典算法中，每路有64條光線，需要計算2678K次光線交叉點，而在未優化的量子算法中，每路光線減少到33.6，計算量也減少到1366K次。 在優化版的量子光追算法中，每路的光線減少到22個，計算量再進一步減少到896K交叉點，性能提升190%，可以顯著降低對硬體的要求。 不過這麼好的技術肯定也不會迅速普及，因為現在的量子計算機性能並不夠，上述圖形渲染需要幾個小時才行，所以沒有可行性，但量子計算的性能提升非常快，等未來幾年或許就可以實用了。 來源：快科技

量子計算機是各國都在努力開發的新一代計算機，由於計算原理不同，量子計算機在加密及解密破解上極具優勢，未來有可能導致當前的PC處理器輕易被破解，Intel表示將在2030年前推出新的安全CPU，能抵抗量子計算機破解。 安全問題是Intel近年來重中之重的焦點，在日前的VisiOn大會上，Intel  CTO Greg Lavender提到了Intel在安全防護上的一系列動作，引入新的機制提升CPU安全性。 第一個是Project Amber機制，它可以在雲、邊緣及本地之間進行遠程身份驗證，CPU可以在記憶體區域中創建一個TEE可信執行環境保護區域，保護重要數據。 按照Intel的規劃，Project Amber將從今年底開始進入客戶環境，2023年初開始廣泛應用。 其次，提升CPU安全還要加強對破解技術的防範，量子計算機在這方面最讓人擔心，因為它獨特的計算原理可以攻破當前的加密技術，Intel自己也在研究量子計算機，對此很了解。 為此他們將研發抗量子計算的CPU處理器，預計在2030年實現抗量子加密，將採用美國國家標準與技術研究院公布的抗量子加密算法來實現這個目標，確保量子計算機成熟之後也無法破解CPU及代碼的安全加密。 來源：快科技

量子計算機是未來新型計算系統的重點之一，如何實現量子霸權——性能超過經典計算機是這個領域的重要目標。在日前SC超算大會上，清華大學教授付昊桓使用中國的神威超算模擬了量子計算機，最多可擴展到4200萬CPU核心，性能可達440億億次。 根據付昊桓教授提交的論文，他們在最新的神威超算上開發了用於RQC（隨機量子電路）的高性能矢量模擬器，可擴展到4200萬個核心，FP32單精度性能可達120億億次，混合精度性能可達440億億次。 在這台模擬量子計算機上，他們也實現了量子霸權，傳統計算機需要運算1萬年的現在這台量子計算機上只要304秒。 作為對比的話，這台模擬的量子計算機比起Google之前的Sycamore量子計算機還要慢一些，後者只需要200秒就可以完成傳統計算1萬年的性能，不過Google的Sycamore也多次被其他公司質疑。 據清華大學資料，付昊桓，男，1982年8月生。2003年7月，獲清華大學計算機系學士學位。2005年7月，獲香港城市大學計算機系碩士學位。2009年1月，獲英國倫敦帝國理工學院計算機系博士學位。 2009年3月至2010年11月，在美國史丹福大學地球物理系從事博士後研究。2010年12月至2018年7月，任清華大學地球系統科學系副教授。2018年7月起任清華大學地球系統科學系長聘教授。 2016年、2017年連續兩年獲得高性能計算應用領域最高獎「戈登？貝爾」獎。2017年獲評世界網際網路大會烏鎮峰會世界網際網路領先科技成果。 2017年獲評清華大學十大亮點成果。2018年獲江蘇省五四青年獎章榮譽。2020年獲中國青年五四獎章榮譽。 來源：快科技

為了打造更快、更強、更節能的量子計算機，新南威爾斯大學的科學家們，正努力向著這一目標前進。由澳大利亞研究委員會未來低能電子技術卓越中心（FLEET）、量子計算與通信技術卓越中心（ARC Center）、以及不列顛哥倫比亞大學（加拿大溫哥華）之間新合作的論文可知，研究人員可通過孔優化操作，在操作速度和信息一致性方面取得權衡，進而擴大微型量子計算機中的量子比特規模。 研究配圖 - 1：二維空穴氣體中的原型雙量子點（來自：Quantum Information） 據悉，製造量子比特的一種方法，就是利用電子的「自旋」特性（可以指向上方或下方），為了讓量子計算機盡可能快速和強大，研究團隊還選用了基於普通電極的純電場操作方案。 研究配圖 - 2：量子比特的塞曼分裂 新南威爾斯大學物理學院副教授 Dimi Culcer 表示：「理論研究表明，我們可通過使用空穴來解決這方面的問題。空穴可被認為是沒有電子，但又表現得像帶由正電荷的電子」。 研究配圖 - 3：移相時間 通過這種方式，研究團隊得以讓量子比特在面對源自固體背景的電荷波動時，具有不錯的魯棒性。此外量子比特對這種噪聲最不敏感的「甜蜜點」，也是它能夠以最快速度運行的關鍵。 研究配圖 - 4：弛豫和 EDSR Rabi 時間 Dimi Culcer 補充道：「這項研究預測了在每個由空穴組成的量子比特中的這一『甜蜜點』的存在，進而為相關研究人員在其實驗室中達成這一目標而提供了一套指導方針」。 來源：cnBeta

9月17日消息，據媒體報導，研究人員最近利用量子計算機創造出了一種全新物態——時間晶體。時間晶體可以在兩種狀態之間永遠循環下去，而不損失任何能量，因此成功迴避了最重要的物理學定義之一——熱力學第二定律。該定律指出，一個孤立系統的無序性（即「熵」）必定永遠處於遞增狀態。而這種神奇的時間晶體則可以始終維持穩定，盡管一直處於變化之中，但不會解散為隨機狀態。 ...

研究人員描述了電子如何在二維層狀石墨烯中移動，這些發現可能引領未來量子計算平台設計的進步。發表在《物理評論快報》上的新研究描述了電子如何在雙層石墨烯的兩種不同結構形態中移動，雙層石墨烯是碳的原子厚度形式。 新的合作研究描述了電子如何在雙層石墨烯（碳的原子厚度形式）的兩種不同配置中移動。這些結果提供了研究人員可以用來在未來設計更強大和安全的量子計算平台的見解。 這項研究是布魯克海文國家實驗室、賓夕法尼亞大學、新罕布希爾大學、石溪大學和哥倫比亞大學合作的結果，提供了研究人員可以用來在未來設計更強大和安全的量子計算平台的見解。 "今天的計算機晶片是基於我們對電子如何在半導體，特別是矽中移動的了解，"第一作者和共同通訊作者、布魯克海文大學的博士後Dai Zhongwei說。"但是矽的物理特性正在達到一個物理極限，即可以製造多小的電晶體，以及一個晶片上可以容納多少個。如果我們能夠理解電子如何在二維材料的縮小尺寸中以幾納米的小尺度移動，我們也許能夠解開另一種利用電子進行量子信息科學的方法。" 當一種材料被設計成這些小尺度，達到幾納米大小時，它將電子限制在一個尺寸與自身波長相同的空間，導致材料的整體電子和光學特性發生變化，這一過程被稱為量子限制。在這項研究中，研究人員使用石墨烯來研究電子和光子（或光的粒子）的這些禁錮效應。 這項工作依賴於賓大和布魯克海文獨立開發的兩項進展。賓夕法尼亞大學的研究人員，包括查理·詹森實驗室的前博士後、現就職於香港中文大學的Gao Zhaoli使用一種獨特的梯度合金生長基質來生長具有三種不同領域結構的石墨烯：單層、貝納爾疊層和扭曲的雙層。然後，石墨烯材料被轉移到布魯克海文開發的一種特殊基底上，使研究人員能夠探測該系統的電子和光學共振。 研究人員能夠檢測到電子和光學層間共振，並發現在這些共振狀態下，電子在2D界面上以相同的頻率來回移動。他們的結果還表明，在扭曲的配置中，兩層之間的距離明顯增加，這影響了電子如何因為層間相互作用而移動。他們還發現，將其中一個石墨烯層扭曲30°也會將共振轉移到一個較低的能量上去。用旋轉的石墨烯製成的設備可能具有非常有趣和意想不到的特性，因為電子可以在其中移動的層間間距增加。 在未來，研究人員將利用扭曲的石墨烯製造新的設備，同時在這項研究結果的基礎上，觀察向層狀石墨烯結構添加不同的材料如何影響下游的電子和光學性能。 來源：cnBeta

物理學家和工程師已經找到了一種方法，來識別和解決商用量子計算中的材料缺陷。由彼得·雅各布森（Peter Jacobson）博士領導的團隊發現，在量子計算製造過程中引入的不完美會降低電路的有效性。他說：「超導量子電路正在吸引Google和IBM等行業巨頭的興趣，但廣泛的應用受到了『退相干』的阻礙，這種現象會導致信息丟失」。 退相干主要是由於超導電路和矽晶片之間的相互作用--一個物理學問題，以及在製造過程中引入的材料缺陷--一個工程問題共同導致的。Peter Jacobson 表示：「因此，我們需要團結物理學家和工程師來找到一個解決方案」。 該團隊使用了一種被稱為太赫茲掃描近場光學顯微鏡（THz SNOM）的方法，結合了原子力顯微鏡與太赫茲光源和探測器。這提供了一個高空間解析度的組合，可觀察小到病毒的細微結構並實現局部光譜測量。 Aleksandar Rakić 教授說，該技術通過將光聚焦到金屬尖端，實現了在納米尺度而非宏觀尺度的探測。Rakić 教授說：「這為我們了解不完美的位置提供了新的途徑，因此我們可以減少退相干，並幫助減少超導量子設備的損失」。 他繼續表示：「我們發現，常用的製造配方無意中在矽晶片中引入了缺陷，這有助於退相乾的發生。而且我們還表明，表面處理可以減少這些缺陷，這反過來又減少了超導量子電路的損失」。 Arkady Fedorov 副教授說，這使得該團隊能夠確定在工藝中哪里引入了缺陷，並優化製造協議以解決這些缺陷。Fedorov 博士說：「我們的方法允許對同一個器件進行多次探測，而其他方法通常需要在探測前將器件切割開來。團隊的結果提供了一條改進超導設備用於量子計算應用的途徑」。 來源：cnBeta

量子計算機是未來一二十年中科技制高點，現在各國都研發新一代量子計算機。對於這種計算機，之前有傳聞量子計算可以輕松攻克密碼，不過美國NSA國家安全局否認有這個可能。 量子計算機跟當前的電子計算機原理不同，一方面是量子計算的性能更強大，理論上可以同時是0、1，所以計算能力是完全不同的，已經有量子計算機號稱實現了量子霸權——量子計算機的性能完全超越傳統計算機。 除了性能強大，量子計算機還有一個神話，那就是解密能力，隨著計算性能的指數級增長，再強的密碼也可以被量子計算機攻破，甚至是秒破——只要性能足夠好。 不過量子計算機攻破一切密碼的傳說並不被所有人認可，掌握美國最安全機密的NSA國家安全局日前罕見談到了這個問題，稱沒有發現什麼嚴重問題，特別是公鑰密碼上。 NSA表示，他們不確定什麼時候或者是否能夠出現這種性能足夠強大的量子計算機，足以讓公鑰密碼學過時。 雖然未來幾十年中是否會出現這樣的量子計算機也不好說，但安全專家表示，密碼是否安全跟量子計算機無關，當前世界中很多人自己都會泄露密碼，甚至會回復釣魚郵件，量子計算機攻破密碼並不是什麼嚴重的問題。 來源：遊民星空

量子計算機是未來一二十年中科技制高點，現在各國都研發新一代量子計算機。對於這種計算機，普通人聽說最多的就是量子計算可以輕松攻克密碼，不過美國NSA國家安全局否認有這個可能。 量子計算機跟當前的電子計算機原理不同，一方面是量子計算的性能更強大，理論上可以同時是0、1，所以計算能力是完全不同的，已經有量子計算機號稱實現了量子霸權——量子計算機的性能完全超越傳統計算機。 除了性能強大，量子計算機還有一個神話，那就是解密能力，隨著計算性能的指數級增長，再強的密碼也可以被量子計算機攻破，甚至是秒破——只要性能足夠。 不過量子計算機攻破一切密碼的傳說並不被所有人認可，掌握美國最安全機密的NSA國家安全局日前罕見談到了這個問題，稱沒有發現什麼嚴重問題，特別是公鑰密碼上。 NSA表示，他們不確定什麼時候或者是否能夠出現這種性能足夠強大的量子計算機，足以讓公鑰密碼學過時。 雖然未來幾十年中是否會出現這樣的量子計算機也不好說，但安全專家表示，密碼是否安全跟量子計算機無關，當前世界中很多人自己都會泄露密碼，甚至會回復釣魚郵件，量子計算機攻破密碼並不是什麼嚴重的問題。 來源：快科技

量子計算市場預計到2030年將達到650億美元，這是投資者和科學家的熱門話題，因為它有可能解決難以理解的復雜問題。藥物發現就是一個例子，為了了解藥物的相互作用，一家制藥公司可能想模擬兩個分子的相互作用。挑戰在於每個分子由幾百個原子組成，科學家們必須模擬這些原子在各自的分子被引入時可能出現的所有排列方式。 ...

在一項有助於量子計算的研究中，研究人員表明嵌入納米點的超晶格可能不會向環境中耗散能量。世界各地的科學家們正在為量子計算機開發新的硬體，這種新型設備可以加速藥物設計、金融建模和天氣預測。這些計算機依賴於量子比特（qubits），即可以同時代表 1 和 0 的某種組合的物質比特。 問題是，量子比特是變化無常的，當與周圍物質相互作用時，會退化成普通比特。但麻省理工學院的新研究提出了一種保護其狀態的方法，使用一種叫做多體定位（MBL）的現象。 MBL 是幾十年前提出的物質的一個特殊階段，它與固體或液體不同。通常情況下，物質會與它的環境達到熱平衡。這就是為什麼湯會冷卻，冰塊會融化。但在 MBL 中，由許多強相互作用的物體組成，如原子，永遠不會達到這種平衡。 熱，像聲音一樣，由集體的原子振動組成，可以以波的形式傳播；一個物體內部總是有這樣的熱波。但是當它的原子排列方式有足夠的無序和足夠的相互作用時，這些波就會被困住，從而使物體無法達到平衡。 MBL已經在"光學晶格"中得到了證明，即在非常低的溫度下用雷射固定的原子排列。但這種設置是不切實際的。MBL也可以說是在固體系統中展示的，但只是在非常緩慢的時間動態中，在這種情況下，相的存在很難被證明，因為如果研究人員能夠等待足夠長的時間，就可能達到平衡。麻省理工學院的研究在一個由半導體構成的「solid-state」系統中發現了 MLB 的跡象，該系統在被觀察的時間內就會達到平衡狀態。 雖然沒有參與到本項工作中，但是科羅拉多大學博爾德分校的物理學家 Rahul Nandkishore 說：「這可能為量子動力學的研究開啟一個新的篇章」。 麻省理工學院Norman C Rasmussen核科學與工程助理教授Mingda Li領導了這項新研究，發表在最近一期的《納米通訊》上。研究人員建立了一個包含交替半導體層的系統，創造了一個微觀的千層餅--砷化鋁，然後是砷化鎵，以此類推，共有600層，每層厚度為 3 納米（百萬分之一毫米）厚。 在這些層之間，他們分散了"納米點"，即 2 納米的砷化鉺顆粒，以創造 disorder。千層餅或"超晶格"有三種配方：一種沒有納米點，一種是納米點覆蓋每層面積的8%，還有一種是納米點覆蓋25%。 為了測量這些無序系統是否仍然保持平衡，研究人員用X射線對其進行了測量。利用阿貢國家實驗室的高級光子源，他們以超過2萬電子伏特的能量射出輻射束，並以小於千分之一電子伏特的能量解析度來解決傳入的X射線和其從樣品表面反射後的能量差異。為了避免穿透超晶格並擊中底層基質，他們以與平行線僅半度的角度進行拍攝。 來源：cnBeta

盡管量子計算的未來十分值得期待，但目前仍有許多問題有待解決，比如一次控制幾十個量子比特。現在，新南威爾斯大學（UNSW）的研究人員們，已經找到一種獨特的方法。據悉，通過在晶片中添加一組晶體棱鏡，即可同時控制數百萬個量子比特。 概念圖（來自：UNSW / Tony Melov） 如上圖所示，晶體介電諧振器有助於將微波能量集於到磁場，並藉助該磁場來控制矽晶片中量子比特的旋轉（藍色箭頭）。 傳統計算機以「0」和「1」組成的二進位方案，來存儲和處理信息。不過在量子計算機中，還存在著同時為「0」或「1」的量子態。 研究配圖 - 1：用於片外 ESR 和 DR 模擬的設備堆棧 盡管因此擁有了巨大的處理性能潛力，但量子計算機仍存在著一些難以被克服的問題。 據悉，在矽量子處理器中，信息被編碼到電子的「上下自旋」中，以分別代表「0」和「1」。 通常情況下，相關操作是通過與量子比特一起運行的電線所產生的磁場調節來實現的。 研究配圖 - 2：具有鎖存自旋阻塞讀出的矽雙量子點 截止目前，概念驗證用的量子計算晶片，已經演示了對數十個量子比特的控制方法。 但要實現真正強大的運算，至少需要數十萬、甚至數以百萬級的量子比特。 尷尬的是，電力布線會占用晶片中的寶貴空間，並產生過多的熱量。 研究配圖 - 3：ESR 結果 好消息是，新南威爾斯大學團隊提出了一套新方案，能夠同時向大量量子比特傳遞電磁場。助其實現這一目標的，就是一種被稱作「介電諧振器」的晶體棱鏡。 位於矽晶片正上方的該裝置，能夠將微波引導並聚焦到低於 1 毫米的波長，從而產生一個可用於控制下方量子比特自旋的磁場。 研究通訊作者 Jarryd Pla 表示，這項技術有兩大創新點： 首先，我們無需投入大量功率，來為量子比特提供強大的驅動磁場，因而發熱量也不會太大。 其次，整個晶片的磁場非常均勻，那樣就算規模達到百萬級的量子比特，也可基於同樣的方案來實現控制。 Engineers Make Critical Advance...

8月13日消息，日前Google研究人員利用Sycamore量子計算機創造出毫秒級的時間晶體。研究人員表示，這種新物相突破了現行物理學，或將大幅提高計算機處理能力。如果一切順利的話，量子計算領域有望迎來新突破。時間晶體聽起來就像科幻電影里的玄妙概念，可以打開通往不同宇宙的通道。漫威電影中的「時間石」就能夠控制過去、現在和未來。 雖然這仍是一個幻想，但科學家們多年來已經成功在微觀尺度上創造出時間晶體。這並不能驅動星際飛船，而是有望為超強大的量子計算機提供能量。 「時間晶體就像是建造量子計算機道路上的一個休息站，」加州大學伯克利分校分子物理學家姚穎(Norman Yao)說。 Google聲稱，其已經與史丹福大學和普林斯頓大學的物理學家合作開發出一種「可擴展方法」，能夠利用公司的Sycamore量子計算機來創造時間晶體。 上個月，這個由100名科學家組成的研究團隊在研究共享平台Arxiv.org上發表了一篇論文，詳細描述他們用20個量子位元組成的陣列創造出時間晶體。根據這篇論文的說法，科學家在實驗中應用讓量子位元上下自旋的算法，從而產生一個可以持續「無限長時間」的可控系統。 時間晶體由空間中的原子在時間上以重復模式排列而成。這種設計使它們能夠能量守恆的情況下隨時間演化。由於整個時間晶體的持續演化，因此也不需要太多能量輸入就能維持自身的穩定性。這種新物相可能對原本依賴極其脆弱量子位元的量子計算機有用。 目前量子計算機中的量子位元容易出錯，也非常脆弱，研究人員很難對其進行控制和干預。姚穎則表示，時間晶體可能會引入一種維持量子計算的更好方法。 此外，這項工作所涉及的領域也是物理學家長期以來希望取得突破的領域。 「結果將是驚人的：你打破了熱力學第二定律，」這篇論文的合著者羅德里希·莫斯納(Roderich Moessner)說道。 2012年，諾貝爾獎得主物理學家弗蘭克·威爾切克（Frank Wilczek）最早提出了時間晶體的概念，他起初懷疑原子能否可以像普通晶體中那樣在時間軸上以重復模式排列。 從本質上講，威爾切克是想知道一個封閉系統是否能夠以重復方式旋轉、振盪或運動。多年來，世界各地的研究人員或多或少在驗證威爾切克的觀點。 隨著時間推移，時間晶體的定義擴大到包括受震動、攪拌或雷射轟擊等外部影響而激活的物體。 威爾切克說，「這個定義並不確定。但如果你想稱它為一種新的物質狀態，你會希望它是自發進行的，而不是受到外部影響。」 早期的驗證實驗用雷射泵送離子，使其人為發生振盪。威爾切克補充說，這種方法有用，但難以擴展和復現。 到2017年，哈佛大學和馬里蘭大學的科學家們透露，他們在低溫實驗室中創造出微觀尺度的時間晶體。最近，荷蘭代爾夫特理工大學一個研究團隊也公布了他們利用鑽石構建時間晶體的方法。 科學家們說，大可以把時間晶體想像成能打破熱力學第二定律的永動機。時間晶體也是第一種自發打破「時間平移對稱性」的東西。 威爾切克稱，雖然Google研究工作只創造出毫秒級的時間晶體，但是這項研究看起來很有希望。他補充說，假設一旦硬體更先進，由此產生的時間晶體將能夠持續更長時間。 「沒有什麼是永恆的，即使是鑽石中的質子最終也會衰變，」威爾切克說。「如果你能製造出一種可以持續數百萬次或數千次周期的時間晶體，就能支持對環境敏感的技術。即使它並不完美，你也可以做很多事情。」（辰辰） 來源：cnBeta

EPFL教授Giuseppe Carleo和哥倫比亞大學一位名叫Matija Medvidović的研究生找到了一種在傳統計算機上執行復雜量子計算算法的方法。通常，執行量子軟體需要使用量子計算機。研究人員正在考慮的量子軟體被稱為量子近似優化算法（QAOA），它被用來解決數學中的經典優化問題。 根據研究人員的說法，該軟體是一種從一組可能的解決方案中挑選出最佳解決方案的方法。Carleo說，人們對了解哪些問題可以由量子計算機有效解決有很大興趣，而QAOA是最有希望的候選之一。QAOA旨在幫助實現所謂的 "量子加速"，即預測的使用量子計算機可實現的處理速度提升。 QAOA是一個研究課題，在技術界得到了很大的支持。例如，在2019年，Google創建了Sycamore，一顆包含53個量子比特的量子處理器，並使用它來運行一項任務。據估計，這項任務需要一台最先進的經典超級計算機約1萬年才能完成，但Sycamore在200秒內完成了這項任務。 這項新研究的研究人員希望解決該領域的一個公開問題。在當前和近期的量子計算機上運行的算法能否比經典算法在實際任務中提供顯著的性能提升。使用傳統計算機，研究人員開發了一種方法，可以近似地模擬一類特殊算法的行為，稱為變量子算法。 這些算法是計算量子系統最低能量狀態，或 "基態"的方法。該團隊表示，QAOA是這種類型的量子算法的一個重要例子。研究人員認為，這類算法是在近期量子計算機中獲得量子優勢的最有希望的候選之一。這項工作表明，QAOA可以在目前的計算機上運行，現有量子計算機可以在經典計算機上以良好的精度進行模擬。 來源：cnBeta

Atom Computing 是一家快速發展的量子計算初創公司，在完成 1500 萬美元的 A 輪融資後，宣布將進入下一個增長階段。據了解 ，Atom Computing 是首家用鹼土元素構建核自旋量子位的公司。今天，該公司推出了其第一代量子計算系統 Phoenix， 該系統有 100 個原子，具有驚人的穩定性。這一創新突破展示了 Atom Computing 在大規模生產穩定量子系統上的能力。 原標題：100 個原子、驚人穩定性 ！Atom Computing 推出其第一代量子計算系統 Phoenix 來源 ：Atom...

據媒體報導，來自哈佛大學-麻省理工學院超冷原子中心和其他大學的物理學家團隊開發了一種特殊類型的量子計算機，被稱為可編程量子模擬器，能夠以256個量子比特或「量子位」運行。 該系統標志著向建造大規模量子機器邁出了一大步，可用於闡明一系列復雜的量子過程，並最終幫助在材料科學、通信技術、金融和許多其他領域帶來現實世界的突破，克服當今甚至是最快的超級計算機都無法做到的研究障礙。量子位(Qubit)是量子計算機運行的基本構件，也是其巨大處理能力的來源。 2021年7月7日發表在《自然》雜誌上的這項研究的資深作者之一、哈佛大學物理學教授、哈佛大學量子計劃聯合主任 Mikhail Lukin說：「這使該領域進入了一個迄今無人涉足的新領域。我們正在進入量子世界的一個全新的部分。」 據文理學院研究生院的物理學學生、該研究的主要作者Sepehr Ebadi稱，正是該系統前所未有的尺寸和可編程性的結合，使其處於量子計算機競賽的前沿，量子計算機利用物質在極小尺度上的神秘特性，大大提升了處理能力。在適當的情況下，量子比特的增加意味著該系統可以存儲和處理比標準計算機運行所依賴的經典比特更多的信息。 Ebadi說：「僅用256個量子比特就能實現的量子狀態數量超過了太陽系中的原子數量，」他解釋了該系統的巨大規模。 目前，該模擬器已經使研究人員能夠觀察到以前從未在實驗中實現的幾種奇異的物質量子態，並進行了一項量子相變研究，其精確程度可作為磁學在量子水平上如何工作的教科書實例。 這些實驗提供了關於材料特性背後的量子物理學的強有力的見解，並可以幫助科學家展示如何設計具有奇異特性的新材料。 該項目使用的是研究人員在2017年開發的一個平台的顯著升級版，該平台能夠達到51個量子比特的規模。那個舊系統允許研究人員捕捉超冷的銣原子，並使用稱為光學鑷子的單獨聚焦雷射束的一維陣列將它們按特定順序排列。 這個新系統允許原子在光學鑷子的二維陣列中被組裝起來。這將可實現的系統規模從51個增加到256個比特。通過使用光學鑷子，研究人員可以將原子安排在無缺陷的模式中，並創造出可編程的形狀，如方形、蜂窩狀或三角形格子，以設計量子比特之間的不同相互作用。 「這個新平台的主力是一個叫做空間光調制器的設備，它被用來塑造一個光學波前，以產生數百個單獨聚焦的光學鑷子光束，」Ebadi說。「這些設備本質上與電腦投影儀內用於在螢幕上顯示圖像的設備相同，但我們對它們進行了調整，使之成為我們的量子模擬器的一個關鍵組成部分。」 原子最初裝入光學鑷子的過程是隨機的，研究人員必須移動原子，將它們排列到目標幾何形狀。研究人員使用第二組移動的光學鑷子將原子拖到它們所需的位置，消除了最初的隨機性。雷射使研究人員能夠完全控制原子量子比特的定位及其相乾的量子操縱。 來源：cnBeta

全棧式量子計算領域的領先者之一，Rigetti Computing 今天宣布了世界上第一個多晶片量子處理器。該處理器基於專有的模塊化結構，旨在促進容錯（fault tolerant）量子計算機的商業化和可擴展性。 Rigetti 研發的多晶片量子處理器將多個相同的模具連接並嵌套成一個大規模的量子計算機。這大大降低了生產實用量子計算機所需的製造和工程復雜性。從理論上講，它還應該為 Rigetti 公司提供增加其量子計算機的量子比特數量的方法。 熟悉該處理器製作的哈佛大學電氣工程和量子硬體教授 Marko Lončar 表示：「可擴展性是整個量子計算行業的一個核心目標。Rigetti是第一個為這一重大技術挑戰展示優雅、有效解決方案的公司」。 Rigetti Computing 公司的創始人兼執行長 Chad Rigetti 表示：「我們已經開發了一種根本性的新方法來擴展量子計算機。我們在晶片設計和製造方面的專有創新已經解鎖了我們認為是建立運行實際應用和糾錯所需系統的最快途徑」。 商業和實用量子計算機的關鍵在於增加量子計算機中的容錯量子比特的數量。Rigetti 的量子量可以達到 31，這是在不失去其量子比特的一致性的情況下可以保留的最大量子比特數。不過這個數字即將會被突破，Rigetti 計劃推出新的晶片架構，使其作為 80 量子位量子計算機的核心，具體信息在今年年底前公布。 來源：cnBeta

由明尼蘇達大學領導的一個國際物理學家團隊發現，一種獨特的超導金屬在作為一個非常薄的層時更具有彈性。這項研究是朝著了解材料中的非常規超導狀態這一更大目標邁出的第一步，這種超導狀態未來有可能被用於量子計算。這項合作包括明尼蘇達大學物理和天文學學院的四名教師--Vlad Pribiag副教授、Rafael Fernandes教授、Fiona Burnell和Ke Wang助理教授，以及康奈爾大學和其他一些機構的物理學家。 這項研究發表在《自然-物理學》上，這是一份由《自然研究》雜誌出版的、經同行評議的科學月刊。 二硒化鈮（NbSe2）是一種超導金屬，這意味著它可以導電，或將電子從一個原子傳輸到另一個原子時沒有阻力。當材料處於非常小的尺寸時，其行為不同並不罕見，但NbSe2具有潛在的有益特性。研究人員發現，二維形式的材料（只有幾個原子層厚的非常薄的襯底）是一種更有彈性的超導體，因為它具有雙重對稱性，這與同一材料的較厚樣品有很大不同。 在Fernandes和Burnell對這種二維材料的奇異超導性的理論預測的激勵下，Pribiag和Wang開始研究原子薄的二維超導設備："我們預計它有一個六重旋轉模式，像雪花一樣，盡管有六重結構，但它在實驗中只顯示了兩重行為。這是第一次在真正的材料中看到，"。 研究人員將新發現的NbSe2中超導狀態的雙重旋轉對稱性歸因於兩種密切競爭的超導類型之間的混合，即傳統的s波類型--典型的NbSe2，以及在少數層NbSe2中出現的非常規d型或p型機制。這兩種類型的超導性在這個系統中具有非常相似的能量，正因為如此，它們相互影響，相互競爭。 Pribiag和Wang說，他們後來意識到康奈爾大學的物理學家們正在使用一種不同的實驗技術，即量子隧道測量來審查同樣的物理學現象。他們決定將他們的結果與康奈爾大學的研究結合起來，發表一份綜合研究報告。 Burnell、Pribiag和Wang計劃在這些初步結果的基礎上，進一步研究原子級薄的NbSe2與其他奇異的二維材料相結合的特性，這最終可能導致使用非常規的超導狀態，如拓撲超導性，來構建量子計算機。 "我們想要的是一個原子尺度上完全平坦的界面。相信這個系統將能夠給我們一個更好的平台來研究材料，以便將它們用於量子計算應用。" 來源：cnBeta

由肯特大學和STFC盧瑟福-阿普爾頓實驗室領導的研究已經發現了一種新的稀有拓撲超導體--LaPt3P。這一發現可能對量子計算機的未來運行具有巨大的意義。超導體是重要的材料，當冷卻到一定溫度以下時能夠無阻力地導電，這使得它們在一個需要減少能源消耗的社會中非常受歡迎。 它們在日常物品的規模上表現出量子特性，使它們成為建造使用量子物理學存儲數據和執行計算操作的計算機的極具吸引力的候選者，甚至在某些任務中可以大大超過最好的超級計算機。因此，像Google、IBM和微軟這樣的領先科技公司對使用超導體在工業規模上製造量子計算機的需求越來越大。 然而，量子計算機的基本單元：量子位（qubits）是非常敏感的，由於電磁場、熱量和與空氣分子的碰撞，它們會失去其量子特性。通過使用一類特殊的超導體，即拓撲超導體，可以實現對這些因素的保護，拓撲超導體除了是超導體之外，還在其邊界或表面上承載著受保護的金屬態。如通過μ子自旋弛豫實驗和廣泛的理論分析新發現的LaPt3P，是非常罕見的，對未來的量子計算產業具有巨大的價值。 為了確保其特性與樣品和儀器無關，在華威大學和蘇黎世聯邦理工學院制備了兩套不同的樣品。然後在兩種不同類型的μ介子設施中進行了μ介子實驗：在STFC盧瑟福阿普爾頓實驗室的ISIS脈沖中子和μ介子源和瑞士的PSI。 肯特大學物理科學學院Leverhulme早期職業研究員兼首席研究員Sudeep Kumar Ghosh博士說："拓撲超導體LaPt3P的發現在量子計算領域具有巨大的潛力。發現這樣一種罕見的、令人嚮往的成分，表明了μ介子研究對我們周圍的日常生活的重要性。" 來源：cnBeta

在量子計算機中，信息的處理是一個極其微妙的過程，計算實際上由脆弱的量子比特執行，它們極易受到退相乾的影響，即失去其量子力學行為。麻省理工學院的研究人員在全面實現量子計算的道路上取得了重大進展，他們展示了一種技術，消除了量子算法中最基本的操作--雙量子位操作或 "門 "的常見錯誤。 "盡管在能夠用超導量子比特（qubits）進行低錯誤率的計算方面取得了巨大的進展，但作為量子計算的構件之一，雙qubit門中的錯誤仍然存在，"麻省理工學院電氣工程和計算機科學專業的研究生Youngkyu Sung說，他是2021年6月16日發表在《物理評論X》上關於這一主題的論文的主要作者。 在Sung和他所在的研究小組--麻省理工學院工程量子系統部之前進行的研究中提出了可調諧耦合器的概念，允許研究人員打開和關閉兩個量子比特的相互作用，以控制其操作，同時保留脆弱的量子比特。可調諧耦合器的想法代表了一個重大的進步，例如，被Google引用為他們最近展示的量子計算比經典計算的優勢的關鍵。 然而，解決錯誤機制就像剝洋蔥一樣。剝開一層就會發現下一層。在這種情況下，即使使用可調諧的耦合器，雙量子比特門仍然容易出現錯誤，這些錯誤是由兩個量子比特之間以及量子比特和耦合器之間的剩餘不需要的相互作用造成的。在可調諧耦合器出現之前，這種不需要的相互作用通常被忽略，因為它們並不突出--但現在它們卻顯得突出了。而且，由於這種殘余誤差隨著量子比特和門的數量增加而增加，它們阻礙了建立更大規模的量子處理器的道路。 《物理評論X》的論文提供了一種新的方法來減少這種誤差。 電氣工程和計算機科學副教授、麻省理工學院林肯實驗室研究員、量子工程中心主任、工程量子系統組所在的電子研究實驗室副主任威廉-D-奧利弗說："我們現在進一步採用了可調諧耦合器的概念，證明了兩種主要類型的雙量子比特門的保真度接近99.9%，即被稱為可控Z門和iSWAP門。" 更高保真度的閘門增加了一個人可以執行的操作數量，更多的操作轉化為在更大的規模上實施更復雜的算法。 為了消除引起錯誤的量子比特之間的相互作用，研究人員利用耦合器的更高能量水平來抵消有問題的相互作用。在以前的工作中，耦合器的這種能量水平被忽略了，盡管它們誘發了不可忽略的雙量子位相互作用。 "更好地控制和設計耦合器是按照我們的願望定製量子位-量子位相互作用的一個關鍵。這可以通過對存在的多級動力學進行工程設計來實現，"Sung說。下一代量子計算機將是糾錯的，這意味著將增加額外的量子比特以提高量子計算的穩健性。 奧利弗說："量子比特錯誤可以通過增加冗餘來積極解決。"然而，他指出，這樣的過程只有在門足夠好的情況下才能發揮作用--超過一定的保真度閾值，這取決於糾錯協議。"今天最寬松的閾值是99%左右。然而，在實踐中，人們尋求比這一閾值高得多的柵極保真度，以便與合理的硬體冗餘水平共存。" 這項研究中使用的設備是在麻省理工學院林肯實驗室製造的，是在雙量子比特操作中實現保真度的基礎。製造高相乾性設備是實現高保真控制的第一步。雙量子位門的高錯誤率大大限制了量子硬體運行通常難以用經典計算機解決的量子應用的能力，如量子化學模擬和解決優化問題。到目前為止，只有小分子在量子計算機上進行了模擬，這些模擬可以很容易地在經典計算機上進行。 從這個意義上說，我們減少雙量子比特門誤差的新方法在量子計算領域是及時的，有助於解決當今最關鍵的量子硬體問題之一。 來源：cnBeta

在過去三十年中，奧地利因斯布魯克大學開創了構建量子計算機的基礎工作。作為歐洲量子技術旗艦計劃的一部分，因斯布魯克大學物理系研究人員現在已經構建了一個十分緊湊的離子阱量子計算機的原型機。 「我們的量子計算實驗通常占據30—50平方米的實驗室，」因斯布魯克大學的Thomas Monz表示，「我們現在希望在盡可能小的空間進行技術研究，同時滿足工業常用的標準。」 新設備旨在表明量子計算機將很快被用於數據中心。「我們能夠證明緊湊的設備不一定要犧牲功能才能得到。」因斯布魯克大學研究團隊的Christian Marciniak補充道。 圖片：緊湊型量子計算機適合兩個19 英寸伺服器機架。 （來源：因斯布魯克大學） 這台世界上首個緊湊型量子計算機的各個構件的尺寸，需隨著量子計算機體積的減小而減小。必須顯著減小。例如，其核心部件，即安裝在真空室內的離子阱，只占用了此前所需空間的一小部分。該離子阱由 Alpine Quantum Technologies (AQT) 提供，AQT)是因斯布魯克大學和奧地利科學院的衍生公司，旨在構建商用量子計算機；其他組件由位於耶拿的弗勞恩霍夫應用光學與精密工程研究所和位於德國慕尼黑的精密雷射製造商TOPTICA Photonics 提供。 多達 50 個量子比特 這台緊湊型量子計算機可以自主運行，並將很快實現在線編程。在構建這台量子計算機過程中，一個特別的挑戰是確保量子計算機的穩定性。 據悉，量子設備是非常敏感的。在實驗室中，需藉助精心的措施來保護它們免受外部干擾。令人驚訝的是，因斯布魯克大學的研究團隊成功地將這種質量標準應用到了緊湊型量子計算機上，從而確保其安全和不間斷運行。除了穩定性之外，量子計算機能否實現商用的決定性因素是可用量子比特的數量。 對此，在最近的活動中，德國政府設定了初步構建具有24 個完全糾纏的量子比特量子計算原型機的目標。因斯布魯克大學的量子物理學家已經實現了這個目標。他們能夠使用新設備單獨控制並成功糾纏多達24 個離子。 「到明年，我們希望能夠提供具有多達50 個單獨可控的量子比特的設備。」Thomas Monz表示。 該項目得到了奧地利科學基金 FWF、研究資助機構 FFG、歐盟和奧地利工業聯合會蒂羅爾等的財政支持。 來源：cnBeta

哥本哈根大學的研究人員開發了一種新的技術，使光的量子比特在室溫下保持穩定，而不是只能在-270度下工作。他們的發現節省了電力和資金，這是量子計算研究領域的一次突破。 由於我們幾乎所有的私人信息都被數位化了，我們找到保護我們的數據和我們自己不被黑客攻擊的方法越來越重要。量子密碼學是研究人員對這一問題的答案，更確切地說，是某種量子比特--由單光子組成：光的粒子。單個光子或光的量子比特，它們也被稱為，是極難被黑客破解的。 然而，為了使這些光的量子比特穩定並正常工作，它們需要被儲存在接近絕對零度的溫度下--也就是零下270攝氏度--這需要大量的電力和資源。然而，在最近發表的一項研究中，來自哥本哈根大學的研究人員展示了一種在室溫下存儲這些量子比特的新方法，其時間比以前顯示的長一百倍。 "我們已經為我們的存儲晶片開發了一種特殊的塗層，幫助光的量子位在室溫下時是相同和穩定的。此外，我們的新方法使我們能夠將量子比特存儲更長的時間，也就是毫秒而不是微秒--這在以前是不可能的。"尼爾斯-玻爾研究所的量子光學教授尤金-西蒙-波爾齊克說："我們對此真的很興奮。" 記憶晶片的特殊塗層使得存儲光的量子比特變得更加容易，而不需要大冰櫃，後者操作起來很麻煩，而且需要大量的電力。因此，新發明將更便宜，更符合未來工業的需求。 "在室溫下存儲這些量子比特的好處是，它不需要液態氦或復雜的雷射系統進行冷卻。另外，這是一項更簡單的技術，可以更容易地在未來的量子網際網路中實施。"參與該項目的UCPH-PhD的Karsten Dideriksen說。 通常情況下，較高的溫度會擾亂每個光量子位的能量。"在我們的存儲晶片中，數以千計的原子飛來飛去，發出的光子也被稱為光量子比特。當原子受熱時，它們開始加速移動，並相互碰撞以及與晶片的牆壁碰撞。這導致它們發射出相互之間非常不同的光子。但我們需要它們完全相同，以便在未來將它們用於安全通信，"Eugene Polzik解釋說。 "這就是為什麼我們開發了一種方法，用存儲晶片內部的特殊塗層來保護原子存儲器。該塗層由具有蠟狀結構的石蠟組成，它通過軟化原子的碰撞發揮作用，使發射的光子或量子相同且穩定。此外，我們還使用了特殊的過濾器，以確保只有相同的光子才能從存儲晶片中提取出來"。 盡管這項新發現是量子研究的一個突破，但它仍然需要更多的工作。"現在我們以較低的速度產生光的量子--每秒一個光子，而冷卻的系統可以在同樣的時間內產生數百萬個光子。但我們相信這項新技術有重要的優勢，而且我們可以及時克服這一挑戰，"Eugene總結道。 來源：cnBeta

亞利桑那大學工程學院和James C. Wyant光學科學學院的研究人員通過實驗證明了量子資源不僅僅是遙遠的未來的夢想--它們可以改善今天的技術。量子計算和量子傳感有可能比它們的經典對應物強大得多。一個完全實現的量子計算機不僅可以在幾秒鍾內解決經典計算機需要數千年的方程式，而且可以對從生物醫學成像到自動駕駛等領域產生不可估量的影響。 然而，這項技術還沒有完全出現。事實上，盡管關於量子技術深遠影響的理論廣為流傳，但很少有研究人員能夠利用現在的技術證明量子方法比其經典的對應方法具有優勢。 在2021年6月1日發表在《物理評論X》雜誌上的一篇論文中，亞利桑那大學的研究人員通過實驗證明了量子比經典計算系統具有優勢。 "證明量子優勢是社會上長期追求的目標，很少有實驗能夠證明這一點，"論文共同作者Zheshen Zhang說，他是材料科學和工程的助理教授，亞利桑那州量子信息和材料小組的主要調查員，也是論文作者之一。"我們正在尋求證明我們如何能夠利用已經存在的量子技術，使現實世界的應用受益。" 量子計算和其他量子過程依賴於被稱為量子比特的微小而強大的信息單位。我們今天使用的經典計算機使用被稱為比特的信息單位，它們以0或1的形式存在，但量子比特能夠同時以兩種狀態存在。這種雙重性使它們既強大又脆弱。脆弱的量子比特很容易在沒有警告的情況下崩潰，這使得一個被稱為糾錯的過程--在問題發生時就解決這些問題顯得非常重要。 量子領域現在正處於一個被加州理工學院的著名物理學家約翰·普雷斯基爾稱為 "嘈雜的中間尺度量子"或NISQ的時代。在NISQ時代，量子計算機可以執行只需要大約50到幾百個量子比特的任務，雖然有大量的噪音，或干擾。再多的話，噪音就會超過有用性，導致一切崩潰。人們普遍認為，要進行實際有用的量子應用，需要1萬到幾百萬個量子比特。 想像一下，發明一個系統，保證你做的每頓飯都會變得完美，然後把這個系統給一群沒有合適食材的孩子。幾年後，一旦孩子們成為成年人，可以買到他們需要的東西，這將是很好的。但在那之前，這個系統的用處是有限的。同樣，在研究人員推動糾錯領域的發展，從而降低噪音水平之前，量子計算也被限制在一個小范圍內。 論文中描述的實驗同時使用了經典和量子技術的混合。具體來說，它使用三個傳感器對無線電頻率信號的平均振幅和角度進行分類。 這些傳感器配備了另一種叫做糾纏的量子資源，這使得它們可以相互分享信息，並提供了兩個主要的好處。首先，它提高了傳感器的靈敏度並減少了誤差。第二，因為它們是糾纏在一起的，所以傳感器可以評估全局屬性，而不是收集關於系統特定部分的數據。這對於只需要一個二進位答案的應用非常有用；例如，在醫學成像中，研究人員不需要知道組織樣本中每一個沒有癌變的細胞，只需要知道是否有一個細胞是癌變的。同樣的概念也適用於檢測飲用水中的有害化學物質。 實驗表明，為傳感器配備量子糾纏使它們比經典傳感器更具優勢，以很小但關鍵的幅度減少了出錯的可能性。 "研究報告的共同作者、電氣和計算機工程系助理教授、量子信息理論小組的首席研究員Zhuang Quntao說："這種利用糾纏來改進傳感器的想法並不局限於特定類型的傳感器，因此它可以用於一系列不同的應用，只要你有設備來糾纏傳感器。"在理論上，你可以考慮像自動駕駛汽車的雷射雷達（光探測和測距）這樣的應用。" 在NISQ時代，有一些現有的應用是混合使用量子和經典處理的，但它們依賴於預先存在的經典數據集，必須在量子領域進行轉換和分類。想像一下，拍攝一系列貓和狗的照片，然後將照片上傳到一個使用量子方法將照片標記為 "貓"或 "狗 "的系統。 該團隊正從一個不同的角度來處理這個標簽過程，首先使用量子傳感器來收集自己的數據。這更像是使用一個專門的量子相機，在拍攝照片時將照片標記為 "狗"或 "貓"。 "很多算法都考慮存儲在計算機磁碟上的數據，然後將其轉換為量子系統，這需要時間和精力，"Zhuang說。"我們的系統通過評估實時發生的物理過程來解決一個不同的問題。" 該團隊對他們在量子傳感和量子計算的交叉點上的工作的未來應用感到興奮。他們甚至設想有一天將他們的整個實驗裝置整合到一個晶片上，該晶片可以被浸入生物材料或水樣中以識別疾病或有害化學物質。 來源：cnBeta

在量子技術的加持下，更高效的計算機、通信和傳感設備，有望給現代科技帶來翻天覆地的變化。不過在向目標沖鋒的過程中，仍需克服一系列的挑戰，尤其是量子系統中有效信息的傳輸方面。好消息是，在發表於《自然通訊》期刊上的多篇論文中，羅徹斯特大學研究人員詳細介紹了他們在改善量子系統信息傳輸方面取得的重大進展。 量子計算晶片與電路板資料圖（來自：羅徹斯特大學 / J. Adam Fenster 攝） 與基於「0」和「1」兩種比特位的傳統電晶體相比，量子計算機上的「量子比特」還可同時為「0」和「1」（疊加態），從而蘊含了巨大的計算潛力。 然而與普通計算機一樣，量子計算機也需要搞定可靠的遠距離量子信息傳輸，只是後者的難度遠超想像。 研究配圖 1 - 1：半導體量子點自旋鏈中的 AQT 實驗裝置 在論文中，該校物理天文學助理教授 John Nichol、研究一作 Yadav Kandel、以及研究生 Haifeng Qiao，詳細介紹了如何通過改善量子系統中電子間信息傳遞的方法，來為量子計算提供助力。 首先（via Nature Communications）：研究團隊首次利用電子自旋量子比特，展示了一種在量子比特間傳輸信息的新方式，也就是所謂的「絕熱量子態轉移」（AQT）。 與諸多依賴於精心調校的電場或磁脈沖而在量子比特間傳遞信息的方法不同，AQT 並不會受到脈沖誤差和噪聲的影響。 研究配圖 1 - 2：與時間相關的三自旋海森堡哈密頓量的本徵態 至於...

SCI Tech Daily 報導稱，加利福尼亞大學河濱分校（UC Riverside）剛剛獲得了「加州大學多校區-國家實驗室合作研究與培訓」項目的 375 萬美元獎金，以使之能夠專注於可擴展量子計算機的實現。據悉，在某些類型的任務上，量子計算機或具有遠勝於傳統計算機體系結構的相關優勢，比如模擬復雜的化學過程、尋找大素數、以及醫療研究領域的新分子設計。 物理與天文學助理教授 Hoerge Hemmerling（圖自：UC Riverside） 量子計算機以「量子比特」（Qubit）來存儲信息，特點是能夠在「0」或「1」之外存在兩種不同的狀態。 不過想要達成強大的性能，顯然需要考慮到量子計算機的可擴展性。在包含了更多的量子位後，研究人員才可以更輕松地解決一些具有挑戰性的實際問題。 加州大學河濱分校物理與天文學助理教授 Hoerge Hemmerling 表示： 當前的量子計算技術，距離達成容錯控制所需的大量量子比特還很遙遠，且與傳統計算機晶片在經典架構中取得的成績形成了鮮明的對比。 而這項合作的目標，就是構建出一個新的量子計算平台，使之能夠實現真正的多量子位擴展。 為達成目的，研究團隊將在該項目中使用全新的技術，比如來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 的 3D 列印技術，以製造微結構離子阱。 離子是帶電的原子粒子（存儲量子位），當離子在一個專門設計的陷阱中移動時，量子信息就可以實現傳遞，而被捕獲的離子被認為具有實現量子計算的最佳潛力。 此外，加州大學的伯克利（UC Berkeley）、洛杉磯（UCLA）和聖芭拉拉（UC Santa Barbara）分校分校也將以協調員的身份參與到這項新研究中來。 【背景資料】 加州大學多校區-國家實驗室合作研究與培訓獎項，源自於該校 2020 年舉辦的一場競賽。 在三年內總計超過 2100...

在神秘的量子力學的加持下，量子計算機也被人寄予了厚望。雖然技術仍處於起步階段，但世界各地的諸多研究團推，都在試圖利用量子計算機來找到搞定傳統計算機上難以解決的問題的潛在方法。與此同時，總部位於加拿大的 D-Wave 公司，也致力於將量子計算推向實際商業應用。近日，該公司 CEO Alan Baratz 接受了媒體 Neowin 的專訪，期間談論了大家感興趣的許多話題。 資料圖（來自：D-Wave） 在 COVID-19 大流行的 2020 年 3 月，D-Wave 向全球研究人員和醫療保健公司免費開放了該公司的 Leap 量子雲服務。 過去一年，來自 23 個國家或地區的 280 多名研究人員、學生、專家、以及創新思想人士，都藉此努力找尋應對關鍵問題的解決方案。 時隔一年，這個免費訪問計劃已暫告一個段落。不過在談話期間，D-Wave 執行長 Alan...

建造具有大規模處理能力的超導量子計算機的秘密可能是一種普通的電信技術--光纖。美國國家標準與技術研究所（NIST）的物理學家已經測量並控制了一個使用光導纖維而不是金屬電線的超導量子位（qubit），將一百萬個qubit裝入量子計算機，而不是只有幾千個。3月25日出版的《自然》雜誌對這一演示進行了描述。 超導電路是製造量子計算機的一項領先技術，因為它們是可靠的，而且容易大規模生產。但是這些電路必須在低溫下工作，而且將它們與室溫電子裝置連接的方案很復雜，容易使量子比特過熱。一台能夠解決任何類型問題的通用量子計算機，預計需要約100萬個量子比特。傳統的低溫箱：帶有金屬線路的超低溫稀釋冰箱最多隻能支持數千個。 作為電信網絡主幹的光纖，有一個玻璃或塑料芯，可以攜帶大量的光信號而不傳導熱量。但超導量子計算機使用微波脈沖來存儲和處理信息。因此，光需要被精確地轉換為微波。 為了解決這個問題，NIST的研究人員將光纖與其他一些標準組件結合起來，這些組件在單粒子或光子的水平上轉換、傳遞和測量光，然後可以很容易地將其轉換為微波。該系統的工作效果與金屬線路一樣好，並保持了量子比特的脆弱量子狀態。 通常情況下，研究人員在室溫下產生微波脈沖，然後通過同軸金屬電纜將它們傳遞給低溫保持的超導量子比特。NIST的新做法使用了一根光纖而不是金屬來引導光信號到低溫光電探測器，該探測器將信號轉換回微波並將其傳遞給量子比特。出於實驗比較的目的，微波可以通過光子鏈路或普通的同軸線路被輸送到量子比特。 光纖實驗中使用的 "transmon"量子比特是一個被稱為約瑟夫森結的裝置，它被嵌入到一個三維儲能器或腔體中。這個結由兩個被絕緣體隔開的超導金屬組成。在某些條件下，電流可以穿過該結，並可能來回振盪。通過應用一定的微波頻率，研究人員可以在低能量和激發狀態（數字計算中的1或0）之間驅動該量子比特。這些狀態是基於庫珀對的數量，這是一種具有相反性質的綁定電子對，它們已經 "穿越"了約瑟夫森結。 NIST團隊進行了兩種類型的實驗，利用光子連結產生微波脈沖，測量或控制量子比特的量子狀態。該方法是基於兩種關系。微波在腔體中自然來回反彈的頻率，稱為共振頻率，取決於量子比特的狀態。而量子比特切換狀態的頻率取決於腔體中的光子數量。 研究人員用一個微波發生器開始實驗。為了控制量子比特的量子狀態，被稱為電光調制器的裝置將微波轉換為更高的光學頻率。這些光信號通過光纖從室溫到4開爾文（零下269攝氏度或零下452華氏度）流向20毫開爾文（千分之一開爾文），在那里它們落入高速半導體光電探測器，後者將光信號轉換回微波，然後被發送到量子電路。 在這些實驗中，研究人員以量子比特的自然共振頻率向其發送信號，以使其進入所需的量子狀態。當有足夠的雷射功率時，量子比特在其接地和激發狀態之間振盪。 為了測量量子比特的狀態，研究人員使用紅外雷射器以特定的功率水平發射光，通過調制器、光纖和光電探測器來測量腔體的共振頻率。 研究人員首先在抑制雷射功率的情況下啟動了量子比特的振盪，然後利用光子鏈路向空腔發送一個微弱的微波脈沖。腔體頻率在98%的時間內准確地顯示了量子比特的狀態，與使用常規同軸線路獲得的精度相同。在這個基礎上，研究人員設想了一種量子處理器，其中光纖中的光向量子比特傳輸信號，每根光纖都有能力攜帶成千上萬的信號進出量子比特。 來源：cnBeta

來自坦佩雷大學光子學實驗室的研究人員證明了兩個相互干擾的光子如何能聚集成各種形狀。這些復雜的形狀有利於量子技術，如進行快速光子量子計算和安全數據傳輸。該方法還為創造增強的測量和傳感技術提供了新的可能性。 Credit: Markus Hiekkamäki / Tampere University 當今，數字革命已經成為主流，量子計算和量子通信在該領域的意識中正在上升。量子現象帶來的增強型測量技術，以及使用新方法取得科學進步的可能性，引起了世界各地研究人員的特別興趣。 來自坦佩雷大學的助理教授羅伯特·菲克勒（Robert Fickler）和博士研究員馬庫斯·希卡馬基（Markus Hiekkamäki）證明了雙光子干涉可以用光子的空間形狀，以一種近乎完美的方式控制它們的形狀。這項研究發表在期刊《Physical Review Letters》上。 Hiekkamäki 解釋說：「我們的報告顯示了如何使用一種復雜的光塑造方法來使兩個光量子以一種新穎和容易調整的方式相互干擾」。單個光子（光的單位）可以有高度復雜的形狀，這對量子密碼學、超敏感測量或量子增強計算任務等量子技術有利。 為了利用這些所謂的結構化光子，關鍵是要讓它們與其他光子相互干擾。Fickler 表示：「基本上所有量子技術應用中的一個關鍵任務是提高以更復雜和可靠的方式操縱量子狀態的能力。 在光子量子技術中，這項任務涉及改變單個光子的屬性以及使多個光子相互干擾」。 從高維量子信息科學的角度來看，所展示的發展特別有趣，因為每個載體使用的量子信息不止一個比特。這些更復雜的量子態不僅允許將更多的信息編碼到一個光子上，而且已知在各種環境中更能抗干擾。這對研究組合提出的方法為構建新型的線性光網絡帶來了希望。這為光子量子增強計算的新方案鋪平了道路。 研究人員現在的目標是利用該方法開發新的量子增強傳感技術，同時探索更復雜的光子空間結構，並為使用量子態的計算系統開發新方法。Fickler 補充道：「我們希望這些結果能激發對光子塑形的基本限制的更多研究。我們的發現也可能引發新的量子技術的發展，例如改進的耐噪聲量子通信或創新的量子計算方案，這些都受益於這種高維光子量子態」。 來源：cnBeta

現代晶片製造企業的目標之一是擁有一系列廣泛的製造工藝技術。這使它能夠滿足盡可能多的客戶。這包括邏輯、嵌入式存儲器、射頻、模擬、高電壓、長壽命周期，以及現在的矽光子學。作為GlobalFoundries和PsiQuantum今天宣布的夥伴關系的一部分，新的專有製造工具已被安裝到GlobalFoundries在紐約Malta最先進的工廠當中。 這將使GlobalFoundries能夠製造光量子晶片，讓PsiQuantum公司可以推出性能達到100萬+光量子比特的量子計算機。 在與PsiQuantum的合作中，位於紐約Malta的Fab 8工廠和位於德勒斯登的Fab 1工廠的一部分擁有專門用於生產核心量子計算機組件的新的專有設備。PsiQuantum的目標是它的Q1系統，一個100萬+光子量子比特的量子計算機，它需要關鍵的半導體組件來運作。PsiQuantum列出了單光子源和單光子探測器（矽光子學部分），以及控制電路，以擴展成一個量子計算解決方案。光量子晶片將在Fab 8建造，而控制晶片將在Fab 1建造。 量子計算的部分大問題是控制量子比特的一致性。如果一個量子比特不穩定，建造它就沒有意義，控制一個量子比特的穩定性都很難，更不用說一百萬個了。為了幫助解決這個問題，量子計算應用了糾錯算法，然而其結果意味著對於一個邏輯量子比特，需要10到100個物理量子比特。這就把問題擴大到了極致。因此，雖然一台1000個邏輯量子比特的計算機對於可以在上面運行的算法來說可能很強大，但由於一致性和控制的要求，實際上可能有100000多個物理量子比特。我們今天還沒有接近1000個邏輯量子比特，其中一部分是需要正確的製造技術來建立這樣一個系統。 PsiQuantum的目標是在十年中期之前能夠組裝出最終的光子量子計算機。GlobalFoundries目前由阿聯主權財富投資基金Mubadala擁有，但正在考慮在未來12個月左右在美國進行IPO。PsiQuantum是一家位於帕洛阿爾托的2016年私人創業公司，擁有超過5億美元的風險投資資金，約100名員工，投資者包括Playground Global、BlackRock、M12和C4 Ventures。 來源：cnBeta

由伯克利實驗室、加州大學伯克利分校科學家領導的團隊建立了一種新型的量子處理器，能夠像理論上的黑洞那樣進行信息擾亂。由勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）和加州大學伯克利分校的物理學家領導的團隊已經成功地觀察到了量子信息的擾動，這被認為是黑洞行為的基礎， 使用qutrits信息存儲量子單元可以同時代表三個獨立的狀態。他們的努力也為建立一個基於qutrits的量子信息處理器鋪平了道路。 最近發表在《物理評論》（Physical Review X）雜誌上的這項新研究利用了一個量子電路，其靈感來自長期存在的物理學問題。當信息進入黑洞時會發生什麼？ 除了與宇宙學和基礎物理學的聯系之外，該團隊的技術里程碑使該實驗成為可能，這代表了在使用更復雜的量子處理器進行量子計算、密碼學和誤差檢測等應用方面的重要進展。 雖然黑洞被認為是宇宙中最具破壞性的力量之一--物質和光無法逃脫其牽引，一旦進入就會被迅速徹底擾亂--但關於信息在進入黑洞後是否會丟失以及如何丟失，一直存在著相當大的爭議。已故物理學家史蒂芬-霍金（Stephen Hawking）表明，黑洞隨著時間的推移慢慢蒸發，會發出輻射--現在被稱為霍金輻射。原則上，這種輻射可以攜帶關於黑洞內部的信息--甚至允許重建進入黑洞的信息。 而通過使用一種被稱為糾纏的量子特性，有可能大大加快這種重建的速度，正如早期工作中所顯示的那樣。 量子糾纏違背了經典物理學的規則，允許粒子即使相隔很遠也能保持相關，因此一個粒子的狀態會告知你其糾纏夥伴的狀態。例如，如果你有兩枚糾纏在一起的硬幣，當你看到其中一枚硬幣時，知道它是正面的會自動告訴你另一枚糾纏的硬幣是反面的。 量子計算的大多數努力都是通過將信息編碼為糾纏的量子比特，即所謂的量子比特（發音為CUE-bits）來挖掘這種現象。像傳統的計算機比特一樣，它可以保持零或一的值，量子比特也可以是零或一。但除此之外，一個量子比特可以以疊加的方式存在，即同時為一和零。就硬幣而言，它就像一個翻轉的硬幣，可以代表正面或反面，也可以同時代表正面和反面的疊加。 向量子計算機添加的每一個量子比特都會使其計算能力翻倍，而當使用能夠存儲更多數值的量子比特，如qutrits（發音為CUE-trits）時，這種指數級的增長會激增。正因為如此，需要更少的量子比特，甚至更少的qutrits或qudits--它描述了具有三個或更多狀態的量子單元來執行復雜的算法，能夠顯示出解決使用傳統計算機無法解決的問題的能力。也就是說，要建造具有大量量子比特的量子計算機，在以真正的量子方式解決問題時能夠可靠有效地運行，還存在著一些技術障礙。 在這項最新的研究中，研究人員詳細介紹了他們是如何開發出一個能夠使用一系列五個量子比特進行編碼和傳輸信息的量子處理器的，每個量子比特可以同時代表三種狀態。盡管量子電路的環境通常是嘈雜的、不完善的和容易出錯的，但他們發現他們的平台被證明具有令人驚訝的彈性和穩健性。 Qutrits的值可以是0、1或2，在疊加中保持所有這些狀態。在硬幣的比喻中，它就像一枚硬幣，有可能出現頭，有可能出現尾，也有可能落在它的薄邊上。 "伯克利實驗室材料科學部的科學家、加州大學伯克利分校物理學助理教授Norman Yao說："黑洞是一個非常好的信息編碼器，他幫助領導了該實驗的規劃和設計。"它很快就把它抹掉了，所以任何局部噪音都很難破壞這些信息。" 一個思想實驗的插圖，其中愛麗絲掉進黑洞的信息被外部觀察者鮑勃恢復 該團隊著手在一個實驗中復制這種快速的量子信息塗抹，或者說是擾亂，該實驗使用被稱為非線性諧波振盪器的微小設備作為qutrits。這些非線性諧波振盪器本質上是亞微米大小的彈簧砝碼，當受到微波脈沖的影響時，可以被驅動到幾個不同的頻率。 該研究的主要作者Irfan Siddiqi指出，使這些振盪器作為qutrits工作的一個共同問題是，它們的量子性質往往會通過一種叫做退相乾的機制迅速分解，因此很難區分信息擾亂是真正的量子化還是由於這種退相干或其他干擾。 Siddiqi是伯克利實驗室高級量子測試平台的主任，也是實驗室計算研究和材料科學部門的科學家，同時還是加州大學伯克利分校的物理學教授。 該測試平台於2020年開始接受來自量子科學界的提案，是一個合作研究實驗室，為那些想要探索如何利用超導量子處理器來推動科學研究的用戶提供開放、免費的訪問。擾亂的演示是該試驗台用戶計劃的首批成果之一。 這項研究的一個關鍵是保持振盪器攜帶的信號的相乾性，或有序的圖案加上足夠長的時間，以確認量子擾動是通過qutrit的遠程傳輸發生的。雖然遠距傳輸可能會讓人聯想到科幻小說中的人或物從星球表面 "傳送"到宇宙飛船上，但在這種情況下，只是通過量子糾纏將信息，而不是物質，從一個地方傳輸到另一個地方。 另一個重要部分是科學家們創造了定製的邏輯門，使 "通用量子電路"得以實現，可用於運行任意的算法。這些邏輯門允許成對的qutrits相互作用，並被設計用來處理由微波脈沖產生的三種不同級別的信號。 實驗中五個qutrits中的一個作為輸入，其他四個qutrits是糾纏在一起的一對。由於qutrits糾纏的性質，在擾亂電路後，對其中一對qutrits的聯合測量確保了輸入qutrit的狀態被傳送到另一個qutrit。 研究人員使用一種被稱為量子過程斷層掃描的技術來驗證邏輯門是否工作，以及信息是否被適當地擾亂，以便它同樣可能出現在量子電路的任何特定部分。思考糾纏的量子如何傳輸信息的一種方式是把它比作一個黑洞。就好像有一個黑洞和該黑洞的鏡像版本，因此，在鏡像黑洞的一側傳遞的信息通過糾纏傳輸到另一側。 展望未來，研究人員對利用qutrits的力量進行與可穿越的蟲洞有關的研究特別感興趣，蟲洞是連接宇宙中不同位置的理論通道。 來源：cnBeta

所謂「遇事不決，量子力學」。如今，量子技術或許也即將成為資本市場的助力。根據高盛與量子初創企業QC Ware的聯合研究，量子計算可能在5年內應用於金融市場中一些最為復雜的計算場景，其「入場」時間遠早於市場此前的預期。 具體來看，該研究旨在利用量子機器為復雜的衍生品定價。這是金融市場上計算強度最大的任務之一，對銀行本身而言也占了成本之中很重大的一部分。 高盛研發部研究主管Paul Burchard表示，為了給衍生品定價，該行每年要支付非常龐大的計算費用。 但近期的研究突破表明，在未來幾年，或許能夠通過電話向希望交易復雜衍生品的用戶報價，無需再使用現在的老辦法——用計算機進行計算，等待出結果可能要好幾個小時。 QC Ware執行長Matt Johnson則稱，類似的技術可能也會在其他行業中大放異彩，加速量子計算的應用變得更為廣泛。 目前，計算機若想對復雜衍生品進行定價，必須運行蒙特卡羅模擬，也就是通過隨機抽樣或統計試驗，對未來的市場走勢進行大量預測，以計算得出某一特定成果的機率。 在去年與IBM的早期研究中，高盛已經計算出，要運行完整的蒙特卡羅模擬，需要一台擁有7500個量子比特的量子計算機。 然而，IBM當下最先進的量子計算機僅包含65個量子比特。因此，在IBM、Google等公司都在量子計算機賽道上競速的同時，銀行們稍稍放低了自己的期待。 這也就等於，相比實現量子霸權，讓量子計算機完全解決傳統計算機無法解決的問題，不如先定一個小目標——尋找量子優勢區，用不完美的量子計算來減輕銀行的定價負擔。 來源：cnBeta

瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學的研究人員開發了一種新型的溫度計，可以在量子計算過程中簡單而快速地測量溫度，並具有極高的准確性。這一突破為量子計算提供了一個具有重大價值的基準工具--並為令人興奮的量子熱力學領域的實驗開辟了道路。 前面是新的晶片上的量子溫度計。據查爾姆斯大學的研究人員說，這可能是世界上最快和最敏感的溫度計，用於測量波導冷端在毫開爾文尺度上的溫度。 圖像來自查爾姆斯理工大學 量子計算機的一個關鍵組成部分是同軸電纜和波導--引導波形的結構，並作為量子處理器和控制它的經典電子產品之間的重要連接渠道。微波脈沖沿著波導到達量子處理器，並在途中被冷卻到極低的溫度。波導還對脈沖進行衰減和過濾，使極其敏感的量子計算機能夠以穩定的量子狀態工作。 為了最大限度地控制這一機制，研究人員需要確保這些波導在其發送的脈沖之上不攜帶由於電子的熱運動而產生的噪音。換句話說，他們必須測量微波波導冷端電磁場的溫度，也就是控制脈沖傳遞給計算機量子比特的那一點。在盡可能低的溫度下工作可以最大限度地減少在量子比特中引入錯誤的風險。 Scigliuzzo等人在實驗中使用的超導電路的藝術印象（左），以及其在單一激發量子水平上測量熱微波的能力（右）。資料來源：Neuroncollective.com/查爾姆斯理工大學 到目前為止，研究人員只能間接地測量這種溫度，有相對較大的延遲。現在，通過查爾姆斯大學研究人員的新型溫度計，可以在波導的接收端直接測量非常低的溫度--非常準確，而且具有極高的時間解析度。這對於測量量子計算機性能非常重要。 瓦倫堡量子技術中心（WACQT）的研究人員的目標是建立一台量子計算機--基於超導電路--至少有100個功能良好的量子比特，在2030年前進行正確的計算。它要求處理器的工作溫度接近絕對零度，最好低至10毫開爾文。新的溫度計為研究人員提供了一個重要的工具，用於測量他們的系統有多好以及存在哪些不足之處--這是能夠完善技術和實現目標的必要步驟。 每一個存在的光子都會毀掉量子比特。在典型的操作頻率下，溫度從20mK上升到30mK意味著50倍的熱光子，因此出錯的風險也會高出50倍。一定的溫度對應著一定數量的熱光子，而這個數量隨著溫度的升高呈指數級下降。如果成功地將波導與量子比特相遇的那一端的溫度降低到10毫開，那麼我們的量子比特出現錯誤的風險就會大大降低。 精確的溫度測量對於需要能夠保證其部件質量的供應商來說也是必要的，例如用於處理低至量子態信號的電纜。 疊加、糾纏和退相乾等量子力學現象不僅意味著未來計算的革命，也可能是熱力學的革命。很可能熱力學定律在納米尺度下工作時發生了某種變化，有朝一日可以利用這種方式來生產更強大的發動機、更快的充電電池等等。 例如，新的溫度計可以測量作為量子熱引擎或冰箱的電路對熱微波的散射。 來源：cnBeta

通過對代碼進行一番調整，雪梨大學本科生 Pablo Bonilla Ataides，已經有效地提升了新興的量子計算機的糾錯能力。現年 21 歲的 Bonilla 表示：「量子技術仍處於起步階段，這部分歸咎於我們無法克服因機器運算固有的不穩定性而產生的如此多的錯誤」。而這個簡單而巧妙的改動，已經引起了位於加州帕薩迪納市的 AWS 量子計算中心、以及美國耶魯和杜克大學的量子技術研究人員的關注。 Pablo Bonilla Ataides（左）與物理學院合著者 Ben Brown 博士（來自：USYD） 物理系大二的時候，Bonilla 被要求查看一些常用的糾錯代碼，並思考能夠對其加以改進。有趣的是，通過在設計中翻轉一半的量子比特（Qubit），他們發現能夠將抑制錯誤的能力有效地提升一倍。 最近，研究合著者 Steve Flammia 博士還將工作從雪梨大學轉到了 AWS 量子計算項目。在量子硬體的開發過程中，該公司發現糾錯技術在其中扮演著重要的角色。 （圖自：USYD / Louise Cooper...