量子芯片迎来喘息空间：研究显示噪声链路仍可扩展系统

健康生活 2025年08月26日 17:28 1 admin

加州大学河滨分校主导的新模拟实验表明，不完美的连接并不能阻止量子计算机实现规模化扩展。

多年来，量子计算面临的最大障碍一直是规模问题。尽管量子处理器已能处理化学、材料科学和数据安全领域的复杂模拟任务，但大多数芯片仍因体积过小、结构脆弱而无法应用于大规模场景。
由加州大学河滨分校牵头的一项新研究预示着转机即将出现。

研究人员通过模拟实验证明，即使多个小型量子芯片之间的连接存在缺陷，仍能组合成一个正常运行的系统。这一发现为构建更大规模、具备容错能力的量子计算机指明了一条可能早于预期的技术路径。

"我们的研究重点并非开发新型芯片，"论文第一作者、加州大学河滨分校物理与天文系博士候选人穆罕默德·A·沙尔比表示，"而是证明现有芯片可以通过连接构建规模更大且保持功能的系统。这彻底改变了量子系统的构建范式。"

在此语境下，"规模化"意味着系统能处理不断增长的数据量而不崩溃，"容错能力"则指系统自动检测并纠正错误的能力。二者共同构成可靠量子计算的基石。

芯片互联，错误修正

实践中量子芯片互联一直面临挑战，因为处理器间的连接往往存在噪声干扰，当芯片分置于不同低温制冷装置时尤为明显。

"芯片间连接 —— 尤其是分置不同低温装置的芯片 —— 其噪声水平远高于芯片内部操作，"沙尔比解释道，"这种增强的噪声可能使系统过载，导致错误修正功能失效。"

但该研究团队发现，即使芯片间链路的噪声水平达到芯片内部的10倍，系统仍能有效检测并纠正错误。

"这意味着我们无需等待完美硬件来实现量子计算机的扩展，"沙尔比强调，"只要每个芯片本身保持高保真度运行，芯片间连接只需达到'足够好'而非完美状态，我们就能构建出容错系统。"

构建可靠量子系统

这项研究揭示了为何单纯追求量子比特数量远远不够。

单个"逻辑"量子比特（量子程序的可用构建模块）需要整合数百甚至数千个物理量子比特才能形成。这种冗余设计使系统能够纠正自然产生的错误。

表面码是目前最有效的技术之一，量子处理器通过该架构检测并修正内部错误来实现逻辑量子比特编码。沙尔比团队采用此方法模拟了数千种模块化设计，在不同误差和噪声水平下进行测试。

结果表明利用当前不完美的硬件同样可以构建可扩展的可靠量子系统。

"迄今为止，量子领域的突破多聚焦于增加量子比特数量，"沙尔比指出，"但若缺乏容错能力，这些量子比特并无实用价值。我们的研究证明， scalable（可扩展）与reliable（可靠）可以兼得——无需等待数年，现在就能实现。"

本研究灵感源自麻省理工学院的早期成果，并采用了谷歌量子人工智能部门的工具。项目获得美国国家科学基金会资助，并与德国研究机构合作完成。

该论文已发表于《物理评论A》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！

毛主席一生经历了4段婚姻，晚年感叹：她是对我最好的女人

发表评论