亚马逊进军奇异的量子计算领域有了新的基地

亚马逊和加州理工学院的量子计算中心正式开放。这两家公司今天宣布，他们去年在加州理工学院帕萨迪纳校区建造的新两层建筑终于准备好开始建造一台“容错”量子计算机。

该站点现在将成为亚马逊网络服务量子计算中心的所在地，并将容纳他们的量子研究团队，配备相应的实验室，里面装满了设计和运行量子设备的专用工具。硬件工程师、量子理论家和软件开发人员将共同合作调整现有的量子计算机，并测试如何扩大该技术以支持更大的量子设备，例如使用低温冷却系统。

亚马逊在二月份的一篇博客文章中解释说，量子计算机的工作原理与传统计算机不同，因为它们不使用常规的位，即二进制数字 0 和 1。亚马逊写道：“传统计算机使用位来表示信息，而量子计算机使用量子位或量子比特，它们利用了叠加和纠缠的量子现象。”

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量子计算机可能非常复杂，因此这里有一些需要了解的基本信息。

量子计算机与传统计算机有何不同？

量子计算机的工作原理与传统计算机非常相似。我们在计算中想到的 1 和 0 是基于硅芯片上有晶体管的想法，晶体管是可以控制让电流通过或不通过的微型开关。正如《量子计算：量子好奇者》一书所解释的那样，“计算机硬件将 1 位理解为流过导线（晶体管中）的电流，而 0 位则表示导线中没有电流。这些电信号可以被认为是“开”（1 位）或“关”（0 位）。”

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另一方面，量子计算机通过使用量子比特（qubits）可以以不同的方式处理信息。经典比特的值为 0 或 1，而量子比特的值可以是 0、1 或两者的叠加——一种允许它同时为两者的中间状态。理论上，这种特性将允许计算机尝试问题的多种可能解决方案来找到答案，而不是一次只尝试一种解决方案。

加州理工学院在一篇文章中解释道，除了叠加之外，量子比特还可以“纠缠，这意味着它们以量子力学的方式相互联系。叠加和纠缠赋予量子计算机传统计算所无法企及的能力。”纠缠使量子计算机能够处理更多信息，还可以提高网络的安全性。

亚马逊在一篇博客文章中写道：“设计量子算法的艺术就是将问题编码成一串纠缠的量子比特，这样，当量子比特脱离叠加态时，它们的值就代表了问题的解决方案。”

2019 年，这项技术在原理验证任务中达到了一个显著的里程碑，以比超级计算机快得多的速度完成了谷歌指定的一项特定计算（具体来说，它在 200 秒内完成了传统超级计算机需要 10,000 多年才能完成的任务）。

据加州理工学院介绍，工程师可以通过操纵原子、亚原子粒子、光子或创造“人造原子”来制造量子比特。

目前，量子计算机很少超过 100 个量子比特。它们实际上的样子如下。

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加州理工学院写道，为了保持量子态，量子比特必须放在嵌套腔体内，这些腔体的温度要接近绝对零度，并避免与其他分子发生相互作用或受到外部磁场的干扰。随着量子比特数量的增加，它们变得越来越难以管理和隔离，这意味着它们更有可能崩溃并失去叠加和纠缠的特性。

AWS 量子计算中心的研究重点是超导量子比特，这种量子比特在超低温下工作。亚马逊计划利用超导材料为他们的计算机构建电路元件，声称“微电子制造技术”将使“以可重复的方式制造许多量子比特”成为可能，而且超导量子比特由于其时钟速度快，与其他模式相比可以更快地解决问题。

研究人员还希望找到一种基于硬件的计算机架构，以纠正量子误差。一种可能的设计是基于“薛定谔猫量子比特”，它可以通过防止量子比特随机地从叠加态跳转到二进制状态之一来稳定量子比特。

加州理工学院理论物理学教授、AWS 量子算法负责人 Fernando Brandão 在新闻稿中表示：“传统计算机拥有数十亿甚至数万亿比特。而这正是我们最终希望量子比特能够达到的水平。”