据美国《生活科学》网站10日报道，IBM公司科学家表示，他们已经解决了量子计算中的最大瓶颈，并计划在2029年推出世界上第一台真正意义上的大规模量子计算机。报道称，根据IBM科学家的说法，它将比当今任何量子计算机强大2万倍。

据介绍，阻碍量子计算机普及的最大技术障碍是“量子纠错”。运算错误是计算中不可避免的问题，量子计算机有运算速度快的潜力，但作为量子计算的基本运算单元——量子比特，却十分脆弱，与周围环境发生哪怕极微弱的相互作用也会导致它们发生改变，产生物理上被称为“退相干”的效应。因此量子计算机中的量子比特越多，计算中出错的情况就越多。而且量子计算机还有一个非常特殊的情况：传统计算机在校对是否出现错误时，通常会采用借助冗余比特来纠错的容错技术，即将需要校对的比特复制到其他比特上，然后对所有比特进行测量以比较它们的数字规律，进而判定是否出现错误。但量子力学原理使直接通过复制测量量子比特并检测错误的方法变得不可行。因为量子力学存在“不可克隆”原理，即不可能构造一个能够完全复制任意量子比特，而不对原始量子比特产生干扰的系统。

为了解决量子纠错问题，科学家将多个对外界干扰特别敏感的物理量子比特编码成为可靠的“逻辑量子比特”，从而实现对于信息的编码保护。IBM计划打造的新型量子计算机名为“Starling”，将使用200个逻辑量子比特，由约1万个物理量子比特组成。随后IBM在2033年还将进一步推出名为“Blue Jay”的量子计算机，将使用2000个逻辑量子比特。

报道称，IBM发明了一种新颖的量子纠错方式，将使量子计算机硬件能够超越以前的限制。据称，理论上量子纠错涉及的物理量子比特越多，逻辑量子比特就越可靠，运算错误率也会随之降低。但由于物理量子比特本身也存在一定的错误率，实际运行中逻辑量子比特中的物理量子比特越多，可能反而容易出错。IBM发明的新方法采用更高效的LDPC纠错码，能降低逻辑量子比特所需的物理量子比特的比例，大幅减少扩展系统所需的物理量子比特数量。IBM量子操作副总裁杰伊·甘贝塔表示，目前关于量子纠错的“科学问题已经解决”，这意味着量子计算机的性能提升“只是一个工程挑战”。

报道称，如今量子计算机仅能使用几百个量子比特，因此它们只能在那些仅用于测试其潜力的定制问题上，超越使用二进制计算的传统计算机。按照IBM的规划，未来的量子计算机为确保普及，将可以使用几亿个量子比特。报道还提到，为充分利用未来的高性能量子计算机，IBM还需要为它们构建匹配的新算法和程序。

来源：环球时报

作者: 陈山