硅谷巨头又发力，亚马逊推出量子计算芯片Ocelot

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自The Register

继微软之后，亚马逊官宣量子芯片。

亚马逊网络服务公司（AWS）周四推出了基于“猫态量子比特”的量子计算芯片“豹猫”（Ocelot）。

这个与猫有关的名字源自埃尔温·薛定谔著名的思想实验。在该实验中，一只猫被关在一个装有装置的盒子里，一小时后，这个装置有同等概率杀死或不杀死这只猫 。

这个假设场景的核心在于阐释量子系统的不确定性——在盒子打开之前，对于外部观察者来说，这只猫处于既死又活的状态。同理，一个量子系统在被测量之前，会以所有可能的状态存在。

这种类比也适用于量子计算领域，它（量子计算）在同一时间既充满生机又毫无进展。

除非你谈论的是量子退火（D-Wave 商业化的一种特殊形式的量子计算），否则目前没有人真正将通用量子计算技术用于生产工作负载。但亚马逊、谷歌、IBM 和微软等大公司相信这是有可能的——总有一天。这是量子云的梦想之地：如果你计费，他们就会计算。

微软上周展示了其Majorana 1 量子计算芯片，并宣称其拓扑量子比特有望在几年内（而不是几十年内）实现实用的量子计算。人们对这家 IT 巨头的说法仍有一些怀疑，但为了继续讨论，我们先假设它确实存在。

量子比特只是具有状态的量子力学系统（涉及原子粒子），因此有多种形式。拓扑量子比特基于材料（特别是马约拉纳粒子）的拓扑特性（元素的组织或连接方式）。光子量子比特基于光的量子特性，如偏振和相位。AWS 目前提供一个名为Braket的量子计算研究平台，该平台基于捕获离子量子比特。

现在，AWS设计出了猫量子比特，它代表玻色子（光子）振荡的状态——振幅和相位的变化。因此得名 Ocelot。

AWS的Ocelot量子芯片特写来源：亚马逊

这家网络巨头表示：“猫量子比特使用具有明确振幅和相位的类经典状态的量子叠加来编码量子比特的信息。”

猫量子比特的吸引力——除了可爱的术语带来的营销优势之外——还在于它们有助于纠正错误。

亚马逊解释说：“增加振荡器中的光子数量可以使位翻转误差的发生率呈指数级减小。这意味着，我们不必增加量子比特数，只需增加振荡器的能量，就可以使纠错效率大大提高。”

目前，纠错是量子计算的主要障碍。量子比特对各种潜在干扰（热、电磁、地震等）都很敏感，需要数量级更多的物理量子比特（体现在硬件中）来纠正用于编程的逻辑量子比特。因此，容纳预计的纠错容量所需的空间将非常大——我们说的是飞机库。

亚马逊在《自然》杂志的一篇论文中声称，Ocelot 在纠错方面表现得特别好。它是一款原型量子计算芯片，由两个集成硅微芯片组成，每个芯片面积约为一平方厘米。芯片有一层超导材料，形成量子电路元件，由 14 个核心组件组成。这些包括：五个数据量子比特（猫量子比特）、五个缓冲电路和四个用于错误检测的量子比特。Ocelot 的振荡器由超导材料钽制成。

加州理工学院理论物理学教授、亚马逊学者 John Preskill表示：“今天，《自然》杂志公布了加州理工学院 AWS 量子计算中心开发的新量子芯片 Ocelot 的测量结果。虽然还有很长的路要走，但我们希望 Ocelet 独特的架构将缩短通往造福世界的量子实用性之路。”

IDC 量子计算研究经理 Heather West 表示，很难说 AWS 的 Ocelot 是否能够在未来五年内帮助量子计算具有商业意义。

“就 Ocelot 而言，我认为它是一种进步，”West 说道。“我们目前正开始看到从讨论量子比特数量转向更高质量的量子比特和纠错的转变。

“通过这次转变，我们首先使用软件来尽量减少一些错误——无论是错误缓解还是错误抑制——然后我们进行了逻辑量子位讨论——我们仍然在那里——但现在我们正在讨论强化量子位本身，以便立即减少一些错误。”

然而West表示，仍有许多问题尚未解答。

她解释道：“亚马逊在新闻稿和文章中指出，他们将其视为一种可扩展的架构，但实际上并没有展示他们计划如何扩展它。”

“对于超导芯片，你需要为每个量子比特提供输入和输出线路。随着这些线路的扩大，[系统]显然也会呈指数级扩大。因此，这会导致尺寸和占用空间。”

West还指出，涉及超导时，错误率很高。

“尽管他们谈论的是比特翻转，但你仍然需要担心相位翻转和那里的错误。然后你必须讨论进入系统的任何其他噪音。因此，讨论纠错量子比特是一个很好的第一步，但我认为可能还有很长的路要走。这需要多长时间才能实现？我仍然认为我们谈论的还是几年后的事情。”

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