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(kē)创板日报》9月11日讯（编辑宋子乔）当地时间(jiān)9月(yuè)10日，微软和量子计算龙(lóng)头公司(sī)Quantinuum宣(xuān)布取(qǔ)得一项重大突破，他们成功纠(jiū)缠(chán)了有史(shǐ)以来最多的12个逻辑量子比特，并(bìng)创造了有史以来最(zuì)高的计算(suàn)保真度，大秀了一(yī)把量子纠错技术。

　　逻辑量子比特、量(liàng)子纠(jiū)错(cuò)、计(jì)算保真度，都是量子计算领域(yù)的重要概念，可(kě)以说，量子纠错(cuò)是开(kāi)启量子计算大规模商业化的关键钥匙。

　　量子计算是(shì)一种(zhǒng)利用量子力学原理进行信息(xī)处理(lǐ)的技术。与传统的经典计(jì)算相比，量子计算的(de)主要优势在于：

　　量子计算有巨大的潜力，然而，其目前还处于发展的早期阶(jiē)段，存在(zài)许多技术和物理(lǐ)挑战，一个重(zhòng)要阻碍便在于(yú)，单个物理量子比特非(fēi)常脆弱，容易受到外界环境的干扰，且量子门操作的保真度(dù)需要非常高，任何不完(wán)美都可(kě)能导致计算错误，量子纠(jiū)错(cuò)技术至关(guān)重要(yào)。

　　逻辑量子比特：“1+1>2”的(de)量子纠错技术

　　科学家通过引入逻辑量子比特的(de)方式提高量子信息的稳(wěn)定性和错误(wù)容忍能(néng)力，以克服物理量子比特的上述缺(quē)陷。

　　逻辑量子比特通常由多个物理量子比特通过特定的量子纠错码来编(biān)码。这些物理量子比(bǐ)特的集合(hé)可以保(bǎo)护逻辑量子比特免受局部错误的影响。如果其中一个物理量子比特发生错误，可以通过量子纠错过(guò)程(chéng)来检(jiǎn)测并修正错误，而不会影响到逻辑量子比特的整(zhěng)体状态。

　　简单来说就是，逻辑量子是多个物理量子比特(tè)组成的一组量子比特，其(qí)中的物理量子(zi)比(bǐ)特可以相互(hù)纠正错误，确保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(liàng)子比特出错，另(lìng)外的物理量子仍(réng)然可以提供足够的信息保证计算结果(guǒ)的准确。

　　微软和Quantinuum的突(tū)破就在于他们刷新(xīn)了逻(luó)辑量子(zi)比特的数量，建立了(le)更(gèng)牢靠的量子计算“队伍(wǔ)”，其量子纠错技术使得逻辑量子比特的错误(wù)率比单(dān)独(dú)的物理量子比特低了800倍。这一(yī)成就是量(liàng)子计算迈向可靠、实用(yòng)计算的关键一步。

　　微(wēi)软是怎么做(zuò)到的？

　　新突破离不(bù)开两个关键要素：作为硬件的H2离子阱量子计算机，以及作为(wèi)软件的Azure Quantum量子比特虚(xū)拟化平台。

　　H2离(lí)子阱量子计算机是由Quantinuum公司推出的(de)一种(zhǒng)高性能量(liàng)子计算系统。该量子计算机使用微软的Tesseract代码(mǎ)（一种用于(yú)量子计算的故障容错机制），它(tā)通过使用一种特殊的量子纠错码(mǎ)来保(bǎo)护量子信息（Tesseract代码本质上是一种四维超立方体结构，它通过将16个(gè)物理(lǐ)量子比特排(pái)列成一个四维空间中的超立方(fāng)体，从(cóng)而保护逻(luó)辑(jí)量子）。该代码通(tōng)过牺牲部分效率，极大地提高了纠错性能，能够有效地检测和(hé)纠正(zhèng)量子比特(tè)中的错误，

　　Azure Quantum量子比特虚拟化(huà)平(píng)台是微软提供的量(liàng)子云计(jì)算服务，旨在(zài)利用软件层面来增(zēng)强硬件(jiàn)的稳定性和精(jīng)度，可以动态管理多个物理量子比特之间的协作，确保逻辑量子比特(tè)保(bǎo)持稳定，从而可以有(yǒu)效协调(diào)物理量子比特的操作，减少错误发(fā)生的(de)几(jǐ)率。

　　量子计(jì)算、AI、HPC首次协(xié)同解决科学问题

　　值得注意的是，微软和Quantin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uum的此次突(tū)破并非(fēi)局限于理论，而是兼顾应用端，向人们(men)展示了量子(zi)计(jì)算(suàn)解决(jué)实际问题的能力。

　　研究人员将高可靠性逻辑(jí)量子(zi)比特、云计算和AI技(jì)术(shù)结合，进行了复杂的化学模拟，成功预测了一个化(huà)学催(cuī)化剂的基(jī)态能量。这种模拟对于传统(tǒng)计算机来说几乎是不可(kě)能实现的(de)，因为它需要处理极为复杂的计算任务。

　　据微软介绍，这是(shì)首(shǒu)次将HPC、AI和量子计(jì)算硬件结合，来解决科学问题。

　　可以预见的是，量子计算将极大地缩短科学发(fā)现(xiàn)和新产品甚至新物种诞生所(suǒ)用的时间。

　　目前，微软正积极推动量子(zi)计(jì)算商业化，通过Azure Quantum平台向外提供量子计(jì)算(suàn)服务，用户可通过(guò)该平台获取Quantinuum、IonQ、PASQAL、Rigetti等量子计(jì)算公司的解决方案。

　　国内量子计算产业有望持续拓展(zhǎn)

　　IBM、微软、谷歌等海外科技巨头均深耕于量(liàng)子(zi)计算，先后发布路线(xiàn)图，与此同时，国内量子计算产业近年来(lái)不断取得(dé)突破。

　　另外，我国量(liàng)子计算相关政策频发，今年3月，量子计算首次被列(liè)入政府工作(zuò)报告之中。随(suí)后在7月(yuè)5日(rì)，工信部部长(zhǎng)金壮龙进一步表示适度(dù)超前量子计算里程碑！微软成功纠缠12个逻辑量子比特结合AI解决科学问题布局未来产业，聚焦人形机器人、脑机(jī)接口、元宇宙、下一代互联网、6G、量子科技、原子级制造、深海空天开发等领域。

　　未来随着政策端、产业端持续演进，国(guó)内量子计算产业有(yǒu)望持续(xù)拓展。

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