媲美人類登月的成就！這是量子計算領域的又一大進步

導語：即將過去的這一年中，量子計算的概念早已深入人心，這一前沿領域在理論和技術兩個方面都取得了重大進展。但是仍然遺留著一個問題：如何將微妙的量子景觀與更為熟悉的數字景觀融為一體？不過，下面的這個新微型處理器設計正好可能解決這一問題。

新南威爾士大學（UNSW）的研究人員提出了一種新的結構設計，使用現代處理器中常見的標準半導體來進行量子計算。

圖片來源：Tony Melov/新南威爾士大學

拋開細節不談，這基本上意味著科學家們可以用與台式電腦或智能手機相同的基礎技術，將量子計算的潛力充分挖掘出來。

澳大利亞新南威爾士大學製造所主任設計師Andrew Dzurak表示：「通常我們都認為登月是人類最偉大的技術奇蹟。但是創造一個擁有十億個運算器、可以像交響樂一樣工作的微處理器晶元，關鍵是它還可以隨身攜帶，這也是一項令人驚嘆的技術成就。它堪稱現代生活的一次革命。」

無論您是否同意這樣的成就能與登月相媲美，這一步都堪稱是計算機領域的一大飛躍。

Dzurak說：「量子計算技術正處在一個更加深入、更具變革性的技術飛躍的邊緣，但是在單一晶元上實現這個技術的完整工程設計仍是抽象且難以捉摸的。」

量子計算利用了一個奇怪的實際現象——粒子可能的存在位置是一片不能確定的量子云，直至他們連接到一個能定義其屬性的系統，其位置才能確定下來。

傳統計算是二進位的，將所有數值表示為兩個符號：1和0，量子計算則允許這個概率譜同時體現0和1。這種量子云（也被稱為量子位）具有非常有用的數學特徵，但問題在於它是微妙而難以測量的。「測量」這個行為並不嚴謹，用專業術語來說的話，粒子可能會偶然地聚合亦或崩散而變得無法測量。而且因為整個計算過程需要數十萬的量子位參與，所以可能還會有更多難以預測的量子崩潰發生。

為了確保不穩定的量子位不會引入太多的誤差，他們需要以一種穩定的方式來排列量子位。

「所以我們需要使用多個量子位來存儲單位數據的糾錯碼。」Dzurak說，「我們的晶元藍圖中包括了一種專門為自旋量子位設計的新型糾錯碼，涉及了一個有關數百萬個量子位的複雜操作協議。」

這是第一次將用於控制和讀取全部達數百萬量子位的常規硅電路集成到一個晶元上的嘗試。

簡而言之，常規硅晶體管用於控制平坦網格量子位，就像邏輯門管理台式機處理器內的位一樣。

該研究的主要作者Menno Veldhorst解釋說：「通過選擇一個量子位上的電極，我們可以控制一個存儲著二進位量子編碼的量子位的自旋。通過選擇量子位間的電極，我們可以在不同量子位之間執行兩個量子位的邏輯交互或計算。」

在傳統計算領域，即使我們已經有了第一台能夠以超高細節模擬分子的機器，以及在前所未有的範圍內研究氣候變化的統計數據的計算機，我們也仍舊需要會利用量子位的編碼，並將取得的進展應用到實用層面的人才。微軟注意到了這個可能性，他們最近發布了一個新量子開發工具包的免費預覽版，以供未來的程序員使用，培養他們對這一新興領域的熱忱。

不管你是否關注，所有的這一切變革都正在發生，而量子計算的未來似乎越來越清晰了。

編譯 | 褚明帆

審校 | 星亦

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