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關(guān)鍵信息：谷歌推出了擁有72量子比特的量子芯片Bristlecone，達(dá)到了單量子比特門錯(cuò)誤率0.1%，雙量子比特門的錯(cuò)誤率0.6%的優(yōu)秀成績。Bristlecone為量子模擬、優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
關(guān)鍵意義：這是量子比特芯片領(lǐng)域的重大進(jìn)展，超越了業(yè)界公認(rèn)的50量子比特芯片就可以達(dá)到量子霸權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)，向量子計(jì)算超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)又邁進(jìn)了一步，加速了人工智能算法訓(xùn)練和科學(xué)難題的解決。
在近日召開的洛杉磯美國物理學(xué)會(huì)會(huì)議（APS）上，谷歌推出了擁有72量子比特的量子芯片Bristlecone，超越了IBM的50量子比特的計(jì)算機(jī)原型和英特爾49量子比特芯片，一時(shí)登上了量子霸權(quán)的風(fēng)口浪尖。
▲科學(xué)家在谷歌量子人工智能實(shí)驗(yàn)室安裝芯片
72量子比特意味著什么呢？
量子比特是量子計(jì)算機(jī)里面的一種信息單元，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的0或1不同，量子比特可能是0~1中任何一個(gè)數(shù)字也可能是二者的疊加；受自身特性的限制，量子比特極不穩(wěn)定，除了需要在極低的溫度下存放外，還不能受到任何沖力或震動(dòng)，任何一點(diǎn)外力都有可能破壞它的位置導(dǎo)致量子比特崩盤，因此放置了72個(gè)量子比特的芯片就像在針尖上立了72個(gè)雞蛋。
量子比特?cái)?shù)量提升，錯(cuò)誤率保持低平
Bristlecone除了能夠研究量子比特的系統(tǒng)錯(cuò)誤率和可擴(kuò)展性，也為量子模擬、優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。谷歌認(rèn)為，隨著72量子位芯片的發(fā)展，他正在展示出量子霸權(quán)。
量子霸權(quán)通常意義上講是量子計(jì)算機(jī)超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的表現(xiàn)。谷歌曾表示：經(jīng)計(jì)算，49量子比特的量子芯片就可以實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。可隨著IBM 50量子比特芯片的發(fā)布，谷歌的49量子比特芯片也被如今的72量子比特芯片所代替。
本次谷歌的72量子位芯片Bristlecone是從9量子位基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，在2014年，《自然》雜志就報(bào)道了9量子比特的芯片設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)谷歌人工智能量子實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家Kelly解釋說，該芯片達(dá)到了讀數(shù)錯(cuò)誤率為1%，單量子比特門錯(cuò)誤率為0.1%，雙量子比特門的錯(cuò)誤率是0.6%的好成績。
Bristlecone的一個(gè)重要特征，是使用了與9量子比特芯片相同的模式進(jìn)行耦合、控制和讀出的，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展成為的一個(gè)包含72個(gè)量子比特的正方形數(shù)組。而它的錯(cuò)誤率卻依然保持在9量子比特的水平。
Bristlecone芯片（左）及其圖示（右），每個(gè)X代表一個(gè)量子比特
Bristlecone的另一個(gè)重要特征，是它仍然可以進(jìn)行經(jīng)典的計(jì)算機(jī)模擬，這是目前驗(yàn)證量子計(jì)算機(jī)是否正確運(yùn)行的唯一方法(因?yàn)榭梢越徊婧藢Υ鸢?，而且它可以在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)加速。下圖表示了錯(cuò)誤率和量子比特?cái)?shù)之間的關(guān)系，紅線代表谷歌研究方向。我們可以看出，隨著時(shí)間的增長，量子位數(shù)量越多，錯(cuò)誤率越低是谷歌人工智能的研究方向。
IBM、微軟和英特爾在量子領(lǐng)域的進(jìn)展
去年11月，IBM宣布構(gòu)建出50個(gè)量子比特原型機(jī)，這一舉動(dòng)被認(rèn)為IBM在量子霸權(quán)領(lǐng)域的重要舉措。與谷歌的72量子比特芯片可提供量子測試類似，IBM 量子系統(tǒng)的Quantum Experience允許任何人、企業(yè)、大學(xué)等編寫和提交自己的量子應(yīng)用程序或?qū)嶒?yàn)，以便在IBM的量子計(jì)算設(shè)備上運(yùn)行。
微軟是接觸量子比特較早的企業(yè)，發(fā)現(xiàn)出首個(gè)拓?fù)淞孔游?/strong>。量子位最早的用途之一就是幫助人工智能研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)，加快訓(xùn)練算法的勞動(dòng)密集型流程。例如，如果量子計(jì)算能夠把 Cortana 數(shù)字助理算法訓(xùn)練的時(shí)間從一個(gè)月縮短到一天，這將是人工智能發(fā)展的重大進(jìn)步?！凹词蛊渌３植蛔儯珻ortana 的速度也會(huì)提高 30 倍?！蔽④浭紫芯颗c戰(zhàn)略官表示。
但目前微軟并未推出量子比特芯片，它的研究方向在別的方面，比如為量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)新的編程語言并在量子模擬器上進(jìn)行測試。但在今年1月底，《金融時(shí)報(bào)》 曾發(fā)文稱，谷歌和微軟將在接下來的幾周內(nèi)推出自己在量子領(lǐng)域的重大進(jìn)展，現(xiàn)在谷歌已發(fā)布，接下就看微軟了。
在今年的CES上，英特爾宣布已制造出49量子比特的芯片Tangle Lake，其之前的量子芯片為17量子比特，并交付給了合作伙伴進(jìn)行測試，使量子比特芯片不再局限于科研成果。
▲英特爾17位量子比特芯片
雖然一提到量子就會(huì)讓人聯(lián)想到神秘力量，但是專家認(rèn)為量子計(jì)算有許多實(shí)際用途，因?yàn)樗茏尶茖W(xué)家在幾分鐘、幾小時(shí)內(nèi)，完成目前最先進(jìn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)用幾十億年才能完成的計(jì)算，而這意味著人們可以解答之前經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的科學(xué)難題。
2018年將是量子芯片實(shí)現(xiàn)重大突破的一年，年初巨頭們便紛紛推出量子領(lǐng)域的新進(jìn)展，但無可否認(rèn)的是，量子計(jì)算仍處在初級(jí)階段，量子芯片已研發(fā)出來，下一步的挑戰(zhàn)是考慮如何運(yùn)用它們。
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