10 年內打造採糾錯機制的量子電腦,Google 公開全新量子 AI 園區

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 19 日 7:55 | 分類 Google , 尖端科技 , 量子電腦 Telegram share ! follow us in feedly


Google 計劃在 10 年內打造全球首座實用且採用糾錯機制的量子電腦及其團隊,以協助全球更快解決一些迫切問題。為此 Google 在 Google I/O 2021 開發者大會上,公開位於加州聖塔芭芭拉的全新量子 AI 園區,甚至邀請好萊塢演員 Michael Peña 一同參觀,那裡除了有 Google 首座量子資料中心與研究實驗室以外,還包括 Google 自有的晶片製造廠。

展望未來 10 年,從氣候變遷到應對下一次疫情,許多全球最重要的挑戰都急需新的運算方式。比方說,人們需要效能更好的電池來減輕電網負荷,需要新式肥料且能避免如同目前的固氮技術會產生全球 2% 的碳排放,同時也需要更多標靶藥物來遏止下一次疫情。

為了開發這些新技術,人們必須進一步了解分子,並以更好的方式設計分子,這意謂著必須更正確地模擬大自然的運作方式。然而,傳統電腦無法正確模擬分子,就算處理不太大的分子,也會迅速耗盡所有的運算能力,大自然遵循的是量子力學的邏輯,原子之間的鍵和交互作用是隨機的,具有更豐富、卻會耗盡傳統電腦邏輯的動能,這時量子電腦(quantum computer)就會派上用場。

量子電腦使用量子位元,又稱「qubit」或「Q 位元」, 能夠處於複雜的疊加狀態,因此能自然地反映出真實世界分子的複雜性。借助採用糾錯機制的量子電腦,人們可在投資昂貴的真實模型之前,模擬分子的運作與互動,進而測試、發明新的化學程序及新材料,有助於加速開發出效能更強的電池、節能肥料、標靶藥物等等。

▲ 量子 AI 園區裡的低溫恆溫器內部是宇宙中最冷的地方之一,溫度大約為 10 毫克耳文(milliKelvin)。

若要達到這項目標,Google 正在打造 100 萬個物理量子位元,並在大小如一個房間、採用糾錯機制的量子電腦中彼此配合運作。這對現今不到 100 個量子位元的中等規模系統來說是一大進步。

為了建構那樣的系統,Google 必須先打造出世界上第一個「量子電晶體」,讓 2 個運用糾錯機制的「邏輯量子位元」可以一起作業,並且找出可以將幾百甚至幾千個量子電晶體堆疊起來,組成採用糾錯機制的量子電腦,這個階段將會費時數年。

為了打造量子電晶體,Google 需要證明可將 1,000 個物理量子位元編碼成 1 個邏輯量子位元。運用量子糾錯機制,這些物理量子位元能彼此合作,組成一個長期存在、 幾近完美的量子位元。除非失去電源,否則這個永遠存在的量子位元能夠維持一致性,開創出屬於量子運算的數位時代。

而為了打造出邏輯量子位元 (!),Google 需要證明將越多物理量子位元參與糾錯,越能及早防範錯誤發生,由於量子位元極容易出錯,所以這點相當重要,這也是 Google 目前正在量子 AI 園區進行的研究。

▲ ycamore 量子處理器具有 54 個可獨立控制的量子位元以及 88 個可調式耦合器,後者用於啟用量子位元之間的快速量子運算。

Google 目前正在運行量子電腦,它對於模擬的計算能力遠超過傳統電腦,為了持續打造這台實用且採用糾錯機制的量子電腦,並為人類提供適應大自然運作的新工具,Google 也在這座全新量子 AI 園區打造一個優秀的團隊,一起為未來的電腦科學領域努力。

(圖片來源:Google Blog