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量子计算今年可能会大放异彩。本文提供一个简单词汇表,助您入门

A model of the suspension of a quantum chip of the Quantum System Two quantum computer at IBM’s first quantum data center in Ehningen, Germany on October 1, 2024.Photo: Marijan Murat/picture alliance (Getty Images)


当谷歌(GOOGL)在12月发布其最新量子芯片时,宣布Willow实现了量子计算领域一个长达近30年的挑战。

这家科技巨头表示,Willow能够在增加量子比特(量子计算机中的计算单位)数量的同时降低计算过程中的错误率。这个芯片为该领域带来了重大突破,展现了未来可能超越经典计算机计算能力的前景。举例来说,谷歌表示Willow能在不到5分钟内完成一项运算,而同样的运算如果用经典计算机来处理,从宇宙诞生至今都无法完成。

近年来,研究人员在实际构建量子计算机方面取得了进展,目前正在探索将其应用于新材料发现和药物研究等领域。

以下是一个帮助您了解量子计算世界的术语表。

量子比特 Qubits

Google Quantum AI Willow chip Photo: Google Quantum AI

经典计算机(比如您现在正在用来阅读这个术语表的电脑)使用代表0和1的比特,而量子计算机使用量子比特(简称量子位)——通常是电子、光子或其他亚原子粒子。

量子比特连接在一起时,具有远超二进制0和1的处理能力。

根据MIT技术评论报道,IBM、Rigetti Computing等从事量子计算的公司使用温度低于深空的超导电路来产生和控制量子比特。另一家量子计算公司IonQ则使用超高真空室,在其中将单个原子困在硅片上的电磁场中。

量子计算机可以产生和控制量子比特来执行计算。然而,使用的量子比特越多,计算过程中通常就会出现越多的错误。

"错误是量子计算中最大的挑战之一,"谷歌量子人工智能部门创始人兼负责人Hartmut Neven表示,因为量子比特"倾向于与环境快速交换信息,这使得保护完成计算所需的信息变得困难。"

Neven说,谷歌Willow在增加量子比特数量的同时将错误率降低一半,是一个"历史性成就",这被称为"低于阈值",即"能够在扩展量子比特数量的同时降低错误率。"

叠加态(Superposition)
A quantum computer being built by the start up IQM Germany in a data center in Munich, Germany on December 5, 2024. 
Photo: Sven Hoppe/picture alliance (Getty Images)

那么量子计算机怎么能比最强大的超级计算机快上数百万年呢?这得益于量子比特同时为0和1的能力——这种状态被称为叠加态。

在叠加态下,量子比特在量子计算机完成计算之前都不具有确定的值,它们可以同时表示0和1的任意组合。当量子比特处于叠加态时,量子计算机可以同时计算多个潜在的解决方案。

当量子计算机找到解决方案且对量子比特进行测量时,它们会"坍缩"为0或1中的某一个值。

纠缠(Entanglement)


Conceptual illustration of entangled quantum particles interacting at a distance. Illustration: VICTOR de SCHWANBERG/SCIENCE PHOTO LIBRARY (Getty Images)


当一对量子比特存在于同一个量子态时,这种现象被称为量子纠缠。

在量子纠缠状态下,如果其中一个量子比特的状态发生改变,另一个量子比特的状态会以可预测的方式立即改变——即使这两个量子比特相距很远。

退相干(Decoherence)

Close up of a quantum computer being built by the start up IQM German in Munich, Germany on December 5, 2024.Photo: Sven Hoppe/picture alliance (Getty Images)

退相干是指量子比特因与环境发生相互作用而失去其量子态的现象。由于"噪声"(如温度变化或振动),量子比特可能会失去叠加态。

正是由于量子态的这种脆弱性,才需要前面提到的超低温超导电路和超高真空室。


原文链接:https://qz.com/quantum-computing-glossary-terms-qubit-superposition-1851739518

原文作者:Britney Nguyen


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