量子计算里程碑！微软成功纠缠12个逻辑量子比特结合AI解决科学问题

　　《科创板日报》9月11日讯（编(biān)辑宋子(zi)乔）当(dāng)地时间9月10日，微软(ruǎn)和量子计算(suàn)龙头(tóu)公司Quantinuum宣布取得一项重大突破(pò)，他们成(chéng)功纠(jiū)缠了有史以来最多的12个(gè)逻辑量子比(bǐ)特，并创造了有史以来最高的计算(suàn)保真(zhēn)度，大秀了一(yī)把量子纠错(cuò)技术。

　　逻辑量子比特、量子纠错、计(jì)算保真度(dù)，都是量子计算领域的重要概念，可以说，量子(zi)纠错(cuò)是(shì)开启量子(zi)计算大规(guī)模商业化的关(guān)键钥匙(shi)。

　　量子计算是一种利(lì)用量子力学(xué)原理进(jìn)行信息处理的技术。与传(chuán)统的经(jīng)典(diǎn)计(jì)算相比(bǐ)，量子计(jì)算的主要优势在于：

　　量子计算有巨大的潜力，然而，其目前还处(chù)于发展的(de)早期阶段，存在许多(duō)技术和物理挑战，一个(gè)重要阻碍便在于(yú)，单个物理量子比特(tè)非常脆弱，容易受到外(wài)界(jiè)环境的干扰，且量子门操作的保真度需要非常高，任何不完美都可能导致计算错误，量子纠错技术至关重要。

　　逻辑量子比特：“1+1>2”的量子纠错(cuò)技术

　　科学家通过引入逻辑量子比特的方(fāng)式提高量子信息的稳定(dìng)性和(hé)错误容忍能力，以克服物理量子比(bǐ)特的上述缺陷。

　　逻辑量子比特通常(cháng)由多个(gè)物(wù)理量子(zi)比特通过特定的量子纠错码来编(biān)码。这些物理量(liàng)子比特的(de)集合可以保护逻辑量子比特免受(shòu)局部错(cuò)误的影响。如果其中一个物理量子比特发生错误(wù)，可以通过量子纠错过程来检测并修正错误，而不会影响到逻辑量子比特的整体(tǐ)状态。

　　简单来说就(jiù)是，逻辑量子是多个(gè)物理量(liàng)子比特组成的一组量子(zi)比特，其中的物理量子比特可以相互(hù)纠正错误，确保(bǎo)整个逻辑量子比特的(de)稳定性，起到“1+1>2”的维稳纠偏效果。这样，即使其中一个物理量子比特出错，另外的物理量子仍然可以提(tí)供足够的信(xìn)息保(bǎo)证计算结果的准确。

　　微软和Quantinuum的突破就在于(yú)他(tā)们刷新了逻辑量子比特的数量，建立了更牢靠的量子计算“队(duì)伍”，其量子纠错技术使得逻辑量子比特的错误率比单独的(de)物理量子比特低了800倍。这一成就是量子计算迈向可(kě)靠、实(shí)用计算的关键(jiàn)一步(bù)。

　　微(wēi)软是怎(zěn)么做到(dào)的(de)？

　　新(xīn)突破离不开两个关(guān)键(jiàn)要素：作为(wèi)硬件的(de)H2离子阱量(liàng)子计算机，以及作为软件的Azure Quantum量子(zi)比特虚拟化平台。

　　H2离子阱量(liàng)子计算机是由Quantinuum公司推出的一种(zhǒng)高性(xìng)能量子计算系统。该量子计算机使用微软的Tesseract代码（一种用于量子计算的故障容(róng)错机制），它通(tōng)过使用一种特殊的量子纠错码(mǎ)来(lái)保护量(liàng)子信息（Tesseract代码本质(zhì)上是一种四维(wéi)超立方体结构，它(tā)通(tōng)过将(jiāng)16个(gè)物理量子比特排列成一个四(sì)维空间中的超立方体，从(cóng)而保护逻辑量子(zi)）。该代码通过牺牲部分效率，极大地提高了纠错性(xìng)能，能够(gòu)有效(xiào)地检测和纠正量子(zi)比特中的(de)错误，

　　Azure Quantum量子(zi)比特虚拟化平台是微(wēi)软提供的量子云计算服务，旨在利用软件层面来增强(qiáng)硬件(jiàn)的稳定性和精度，可以动态管理(lǐ)多个物理量子比特之间的协作，确(què)保(bǎo)逻辑量子比(bǐ)特保持稳定，从而可以有效协(xié)调物理(lǐ)量子比特的操作，减少错误发生的几率。

　　量子计算、AI、HPC首(shǒu)次(cì)协(xié)同解决(jué)科学问题

　　值得注意(yì)的是，微软(ruǎn)和Quantinuum的此次突破并非局限(xiàn)于理论(lùn)，而是兼(jiān)顾(gù)应用端，向人们展示了量(liàng)子计算解决实际(jì)问题的能力。

　　研(yán)究人(rén)员将高可(kě)靠性(xìng)逻辑量(liàng)子比特、云(yún)计算和(hé)AI技术结合(hé)，进行了复杂的(de)化学模拟(nǐ)，成功预测了一个化学催(cuī)化剂的基态(tài)能量。这种模拟对于传(chuán)统计算机来说几乎(hū)是不可能实现的，因为它需要处理极为复杂的计算任务。

　　据微软介绍，这是首次(cì)将HPC、AI和量子计算硬件结(jié)合，来解决科学问题。

　　可以预见的是，量子计算将极大(dà)地(dì)缩短科学发现和(hé)新产品甚至新(xīn)物种诞生所用的(de)时间。

　　目前，微软正积极推动量子计(jì)算商业化，通过Azure Quantum平台向外提供量子(zi)计算服务，用户可通(tōng)过(guò)该平台获取Quantinuum、IonQ、PASQAL、Rigetti等(děng)量子计算公司的(de)解决方案。

　　国内量子计算产业有望持续拓展

　　IBM、微软、谷(gǔ)歌等(děng)海(hǎi)外科技巨头均深耕于量子计算，先后(hòu)发布路线图，与此同(tóng)时，国内量子计算产业近年来不断(duàn)取得突破(pò)。

　　另外，我国量子(zi)计算相关政策频发，今年3月，量子计(jì)算首次被列入政府工作报告之中(zhōng)。随(suí)后在7月5日(rì)，工信部部长金壮龙进一步表示适度超前布(bù)局未来(lái)产业，聚焦(jiāo)人形机器人、脑机接口、元宇宙、下一代互联网、6G、量子科技、原子级制(zhì)造(zào)、深海空天开发(fā)等领域。

　　未来随着政策端、产业(yè)端持续(xù)演进，国内量(liàng)子计算产业有(yǒu)望持续拓展。

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