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(bǎn)日报》9月11日(rì)讯(xùn)（编辑宋子乔(qiáo)）当地(dì)时间9月(yuè)10日，微软和量子计算龙头公司Quantinuum宣布取得一项重大突破(pò)，他们成(chéng)功纠缠了有史以来最(zuì)多(duō)的12个逻辑量子比特，并创造了(le)有史以来最(zuì)高的计算(suàn)保真度，大秀了一把量子(zi)纠(jiū)错技术。

　　逻辑量(liàng)子比(bǐ)特(tè)、量(liàng)子(zi)纠错、计算保真度，都是量子计算领域(yù)的重要概(gài)念(niàn)，可以说，量子纠错是开启量子计算大规模商业化的关键钥匙。

　　量子计算是一(yī)种利用量子力学原理(lǐ)进行信息处理的(de)技术。与传(chuán)统的经典(diǎn)计(jì)算相比，量子计算的主要优(yōu)势在于：

　　量子计(jì)算有巨(jù)大的(de)潜力，然而，其目(mù)前还处于发展的早期阶段，存在许多技术和物理挑战，一(yī)个(gè)重要阻碍便在于，单个物(wù)理量子比特非常脆(cuì)弱，容易受到外界环境的干扰(rǎo)，且量子门操作的保真度需要(yào)非常高，任(rèn)何不(bù)完美都可能导致计算错误，量子纠错技术至关重要(yào)。

　　逻辑(jí)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方式提高量子信息的稳定性和错误容忍能力，以克服物理量子比特(tè)的上述(shù)缺陷。

　　逻辑量子比特通(tōng)常由多个(gè)物理量子比特(tè)通(tōng)过特定的量子纠(jiū)错(cuò)码来编码。这些物理量子比特的量子计算里程碑！微软成功纠缠12个逻辑量子比特结合AI解决科学问题集合可以保护逻辑量子比特免受局部错误的(de)影响。如果其(qí)中一个物理量子比特发生错(cuò)误，可以通过量子纠错过程来检(jiǎn)测并修正错误量子计算里程碑！微软成功纠缠12个逻辑量子比特结合AI解决科学问题，而不会影响到逻(luó)辑量子比特的整体状态(tài)。

　　简单来说就(jiù)是，逻辑量子是多个物理量子比特组成的(de)一组量子比特，其中的物理量子比特可以相互纠正(zhèng)错误(wù)，确保整个逻辑量(liàng)子(zi)比特的稳定性(xìng)，起到“1+1>2”的维稳纠偏效果。这样，即使其(qí)中一个物理量子比特出错，另外的(de)物理量子(zi)仍然可以提供足够的(de)信(xìn)息(xī)保证(zhèng)计算结果的准确。

　　微软和Quantinuum的突破就在于他们刷(shuā)新了逻辑量子比(bǐ)特(tè)的数量，建立了(le)更牢靠的量子计算“队伍”，其量子纠错技术使得逻辑(jí)量子比特的错误率比单(dān)独的物理量子比特低(dī)了800倍。这(zhè)一成就(jiù)是量子计算迈向(xiàng)可靠(kào)、实用计算的关键一步。

　　微软是怎(zěn)么做到的？

　　新突(tū)破离不(bù)开两个关键要素：作为硬件(jiàn)的H2离子阱量子计算机，以及作为软件的Azure Quantum量子(zi)比特虚拟化平台。

　　H2离子阱(jǐng)量子计(jì)算机是由Quantinuum公司推出的一种高(gāo)性能量子计算系统。该量子计算(suàn)机使用微软(ruǎn)的Tesseract代码（一种用于(yú)量子计算的故(gù)障容(róng)错(cuò)机制），它通过使用一种特殊的量子纠错码来保护量子信息（Tesseract代码本质上是一种四维超立方体结(jié)构，它通过将16个(gè)物(wù)理量子比特排列成一个(gè)四维(wéi)空间(jiān)中的超立方体，从而保护逻辑量子）。该(gāi)代码通过牺牲部(bù)分效率，极(jí)大地提高了纠错性能，能(néng)够有效地检测和(hé)纠正量子比特(tè)中的错误，

　　Azure Quantum量子比特虚拟化平台是微软提供的量子(zi)云计算服务，旨在利用软件层(céng)面来增强硬(yìng)件的稳定(dìng)性和精度，可以(yǐ)动态管理多(duō)个物理量(liàng)子比特之(zhī)间的协作，确保逻(luó)辑量子比特保持稳定，从而可以有效协调物理量子比特的操作，减少错误发生的(de)几率。

　　量子计算、AI、HPC首次协同解决科学问题

　　值得注意(yì)的是，微软(ruǎn)和Quantinuum的(de)此次突破并非局限于理论，而(ér)是兼顾应用端(duān)，向(xiàng)人们展示了量子计算解决实际问题的能力。

　　研究(jiū)人员将高(gāo)可靠性逻辑量(liàng)子比特、云计算和AI技术(shù)结合(hé)，进行了复(fù)杂的化(huà)学模拟，成(chéng)功预(yù)测了一个化学催化剂的基(jī)态能量。这种模拟对于(yú)传统(tǒng)计算(suàn)机来(lái)说几乎是(shì)不可能实现的，因(yīn)为它需要处理(lǐ)极为复杂(zá)的计算(suàn)任务。

　　据微软介绍，这(zhè)是首次将HPC、AI和(hé)量子(zi)计(jì)算硬件结合，来解(jiě)决科学问题。

　　可以预见的是，量子计算将极大地缩短科学发现和新产品甚至(zhì)新物种诞生所用的时(shí)间。

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

　　国内量子计算产(chǎn)业有望持(chí)续拓(tuò)展

　　IBM、微软、谷歌(gē)等海外科(kē)技巨头均深耕于量子计算，先后发布路(lù)线图(tú)，与此同时，国内量子计算(suàn)产业(yè)近年来(lái)不断取得突破(pò)。

　　另外，我国量(liàng)子计算相关政策频发，今年3月，量子计(jì)算首次被列(liè)入政府工作(zuò)报告之中。随后在7月5日，工信部部长(zhǎng)金壮龙进一步表(biǎo)示适度(dù)超前布局未来产业，聚焦人形(xíng)机器人、脑机接口、元宇宙、下一代互联网、6G、量子科技、原子级制造、深海空天开发(fā)等领域。

　　未来随着政策(cè)端、产业端持续(xù)演进，国内量子(zi)计算产业有望持续拓(tuò)展。

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