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冷却突破可以提高量子计算机的性能
发布时间：2024-07-19 14:02:05来源：
量子计算对许多人来说仍然是神秘而难以捉摸的，但USC Viterbi工程学院的研究人员可能会让我们更接近将超级动力设备带入实际现实。
位于USC Viterbi的信息科学研究所是USC-洛克希德马丁量子计算中心(QCC)的所在地，这是一个过冷的磁屏蔽设施，专门用于容纳第一批商用量子优化处理器 - 设备非常先进，目前只有两个在加拿大D-Wave Systems公司之外使用它们：第一个用于USC和Lockheed Martin，第二个用于NASA和Google。
量子计算机以量子比特或“量子比特”编码数据，它们能够同时表示一个零和两个数字 - 与传统比特相反，传统比特可以明显地编码一个或零。这种称为叠加的性质，以及量子态“干扰”(在池塘中像波浪一样消除或加强)和通过能量障碍“隧道”的能力，有朝一日可能有助于量子处理器最终执行优化计算比使用传统处理器快得多。优化问题可以采取多种形式，并且量子处理器已被理论化为对各种机器学习和大数据问题有用，例如股票组合优化，图像识别和分类以及检测异常。
然而，由于量子计算机处理信息的异乎寻常的方式，它们对不同类型的错误高度敏感。当发生这样的错误时，它们可以消除任何量子计算优势 - 因此，在寻求证明“量子至上”的过程中，开发克服错误的方法至关重要。
南加州大学的研究人员Walter Vinci，Tameem Albash和Daniel Lidar提出了一个减少错误的计划。他们的解决方案在“ 自然量子信息 ”杂志上发表的文章“嵌套量子退火校正”中进行了解释，其重点是减少和纠正与加热相关的错误，这是一种常见的错误，在量子优化器中尤其有害。进一步冷却量子处理器是不可能的，因为保持冷却的专用稀释冰箱已经在其极限运行，温度比外太空低约1000倍。
Vinci，Albash和Lidar开发了一种抑制加热误差的新方法：通过在D-Wave Two量子优化器上将几个量子比特耦合在一起，而不改变器件的硬件，这些量子比特有效地作为一个经历较低温度的量子比特。耦合的量子比特越多，所经历的温度越低，研究人员可以将加热作为噪声或误差源的影响降至最低。这种嵌套方案不仅可以在诸如测试它的D-Wave处理器之类的平台上实现，而且可以在具有不同硬件架构的其他未来量子优化设备上实现。
研究人员认为，这项工作是消除可扩展量子优化实施瓶颈的重要一步。“我们的工作是研究界为实现量子信息处理潜力而进行的大规模努力的一部分，我们都希望有朝一日能超越其经典对应物，”南加州大学维特比教授和QCC科学主任利达尔说。
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