美研究人員開(kāi)展兩種量子計(jì)算機(jī)的首次實(shí)驗(yàn)對(duì)決

2017年2月21日，《科學(xué)》雜志網(wǎng)站報(bào)道了美國(guó)馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家克瑞斯·門羅等研究人員開(kāi)展的首次量子計(jì)算機(jī)對(duì)決，研究論文《兩種量子計(jì)算架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比》已發(fā)表于預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上。

兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別來(lái)自馬里蘭大學(xué)和IBM公司，前者是使用五個(gè)鐿離子的ionQ量子計(jì)算機(jī)，以電磁阱和激光進(jìn)行操縱；后者以五個(gè)超導(dǎo)金屬環(huán)路為核心的可在線編程量子計(jì)算機(jī)，通過(guò)微波信號(hào)操控。研究人員使兩種完全不同技術(shù)類型、但均擁有5個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行相同的量子算法，進(jìn)行硬件性能對(duì)比。

在實(shí)驗(yàn)中，門羅團(tuán)隊(duì)讓每臺(tái)量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行了一系列標(biāo)準(zhǔn)算法，然后進(jìn)行比較。結(jié)果，IBM超導(dǎo)計(jì)算機(jī)運(yùn)算更快，在250到450納秒內(nèi)就能完成雙量子操作，是離子計(jì)算機(jī)的1000倍。但在可靠性方面，馬里蘭ionQ量子計(jì)算機(jī)略勝一籌。在一項(xiàng)特別任務(wù)中，ionQ成功率達(dá)到77.1%，而IBM超導(dǎo)計(jì)算機(jī)只有35.1%。業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為原因在于連接方式的不同，ionQ使用的量子比特全部?jī)蓛苫ヂ?lián)，更能實(shí)現(xiàn)信息共享；而IBM的4個(gè)量子比特與另一個(gè)中心量子比特分別相連，必須通過(guò)一個(gè)中央端口交換信息，這一過(guò)程可能導(dǎo)致精細(xì)而脆弱的量子狀態(tài)受到破壞。

研究論文指出，雖然目前的量子系統(tǒng)還不夠強(qiáng)大，無(wú)法匹敵常規(guī)架構(gòu)的計(jì)算機(jī)，但本實(shí)驗(yàn)揭示了量子計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展需要解決的重要問(wèn)題，如量子比特連通性與門表達(dá)性。此外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，為特定的硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)專有優(yōu)化的量子應(yīng)用是未來(lái)量子計(jì)算機(jī)成功的最重要因素。來(lái)自Microsoft的研究員克瑞斯特·斯沃爾（Krysta Svore）表示，這種“比賽”對(duì)于了解特定結(jié)構(gòu)組成如何影響量子計(jì)算機(jī)性能具有積極意義，可幫助開(kāi)發(fā)者找到優(yōu)化算法的突破點(diǎn)，是量子計(jì)算機(jī)展開(kāi)“交流”的第一步。