量子計(jì)算機(jī)中的量子疊加是什么?IBM如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算?

本文中，小編將對(duì)量子計(jì)算機(jī)予以介紹，如果你想對(duì)量子計(jì)算機(jī)的詳細(xì)情況有所認(rèn)識(shí)，或者想要增進(jìn)對(duì)它的了解程度，不妨請(qǐng)看以下內(nèi)容哦。

一、量子計(jì)算機(jī)中的量子疊加是什么

量子疊加是單個(gè)量子比特的重要特點(diǎn)，當(dāng)多個(gè)量子比特放在一起的時(shí)候，還有另外一個(gè)非常重要的特性：量子糾纏。用非常簡(jiǎn)單的話說，就是多個(gè)量子比特會(huì)相互作用，糾纏在一起，從而形成一個(gè)整體。

量子疊加和量子糾纏這兩個(gè)特性是量子計(jì)算的關(guān)鍵，借助這些特性，就能做出很多有意思的東西。最重要的就是一次性完成多個(gè)計(jì)算，從而極大提升計(jì)算的速度。比如對(duì)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來說，兩個(gè)比特能表示四個(gè)數(shù)，也就是00、01、10、11，但某個(gè)具體的時(shí)刻只能有一個(gè)值。但對(duì)于兩個(gè)量子比特，這四個(gè)值可以同時(shí)存在。隨著量子比特?cái)?shù)的增加，能同時(shí)表示的數(shù)也會(huì)指數(shù)級(jí)的增加，N個(gè)量子比特就可以同時(shí)有2的N次方個(gè)值，這就相當(dāng)于在同一個(gè)時(shí)刻，可以進(jìn)行2的N次方個(gè)運(yùn)算。隨著量子比特?cái)?shù)N的增加，這個(gè)數(shù)會(huì)變的非常大，當(dāng)N=300的時(shí)候，這個(gè)數(shù)會(huì)超過全宇宙包含的所有原子的總數(shù)。相比之下，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在同一個(gè)時(shí)刻只能進(jìn)行一次運(yùn)算，這就體現(xiàn)出性能的巨大差別了。

不過，雖然量子計(jì)算機(jī)能同時(shí)算很多次，但并不是所有的結(jié)果都是需要的。比如一加一等于二，而不是013。這時(shí)候就需要我們?cè)O(shè)計(jì)專門的量子電路，通過改變量子比特的狀態(tài)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行篩選，得到想要的一種或者多種結(jié)果。這些量子電路組合在一起，就是量子計(jì)算機(jī)。

二、IBM如何量子計(jì)算

為了使用噪聲較大且壽命相對(duì)較短的現(xiàn)有量子比特獲得更好的計(jì)算效能，必須找到一些變通性的方法。為此，IBM研究院提出一系列被證明有效的錯(cuò)誤緩解技術(shù)。當(dāng)前量子硬件往往人地受到不同噪聲衰減源的影響，包括量子比特退相干、單個(gè)門失效及測(cè)量錯(cuò)誤等等。這些問題限制了當(dāng)前量子電路中所能實(shí)現(xiàn)的stage數(shù)量。即使是淺層電路，也很可能受到淺層電路的影響并導(dǎo)致估計(jì)錯(cuò)誤。

降噪本身對(duì)技術(shù)的要求極高。2017年，IBM在寫給美國(guó)物理學(xué)會(huì)的淺深度量子電路的錯(cuò)誤緩解審查信函中寫道，“第一種方法是先逼近至零噪聲極限，之后應(yīng)用Richardson延遲極限方法來消除噪聲擾動(dòng)的功率。第二種方法則是根據(jù)準(zhǔn)概率分布重新采樣隨機(jī)電路，借此消除錯(cuò)誤。”雖然涉及大量技術(shù)元素，但I(xiàn)BM研究人員已經(jīng)開發(fā)出Qiskit Runtime軟件環(huán)境，嘗試將細(xì)節(jié)隱藏起來、避免量子算力使用者受其影響。

量子計(jì)算的終極目標(biāo)，當(dāng)然是實(shí)現(xiàn)優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算的性能優(yōu)勢(shì)，確保在合理的時(shí)間范圍內(nèi)解決重大問題。這方面的典型優(yōu)勢(shì)，就是大大縮短問題解決時(shí)間。要做到這一點(diǎn)，首先需要將問題表達(dá)為量子電路，而不再像以往那樣在經(jīng)典系統(tǒng) 模擬。也就是說，量子計(jì)算機(jī)即使發(fā)展成熟也并不是要取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)或者GPU計(jì)算，而是專門用于解決一類獨(dú)特問題。

為了讓量子計(jì)算機(jī)在特定問題上壓倒經(jīng)典計(jì)算機(jī)(即所謂「量子霸權(quán)」)，必須先找到比經(jīng)典方法更好的、能夠準(zhǔn)確映射問題的量子電路，而后以更快的運(yùn)行時(shí)間獲得可靠結(jié)果。為此，IBM研究人員正與行業(yè)合作伙伴協(xié)同，希望找到適合量子計(jì)算發(fā)力的問題。

為了衡量進(jìn)展，IBM還非常關(guān)注量子體積(QV，表示量子比特的質(zhì)量)與每秒電路層操作(CLOPS，表示電路運(yùn)行速度)兩項(xiàng)指標(biāo)。在它們的支持下，IBM有望勾勒出比純比較量子比特?cái)?shù)更完整的量子計(jì)算發(fā)展圖景。

以上便是小編此次想要和大家共同分享的有關(guān)量子計(jì)算機(jī)的內(nèi)容，如果你對(duì)本文內(nèi)容感到滿意，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站喲。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!