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【QC科普】實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的效率保證——全連接

來源:國儀量子技術(shù)(合肥)股份有限公司   2023年12月25日 16:29  

Q什么是全連接?全連接意味著什么呢?

想象一下,在工作中,如果你只能和工位邊上的同事單線聯(lián)系,那你倆所能處理的工作就不會(huì)太復(fù)雜。

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當(dāng)前,多數(shù)量子計(jì)算技術(shù)就與此類似,只有物理上彼此相鄰的量子比特才能進(jìn)行交互。

如果希望量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和人們?nèi)粘9ぷ饕粯?,每個(gè)人可以直接和任一同事交流溝通,而不借助中間人,則需要量子比特具備全連接(Full Connectivity )的特性。

全連接意味著任何量子比特都可以與任何其他量子比特直接交互,而無需借助中間量子比特。

離子阱量子計(jì)算是當(dāng)前少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)量子比特全連接操控的技術(shù)路線之一,其能以更少的步驟解決問題,從而高效利用量子比特有限的相干時(shí)間。

 

量子計(jì)算,全連接很重要
QUANTUM COMPUTING

量子比特是量子計(jì)算的基本信息單元,只有當(dāng)足夠數(shù)量的量子比特相互協(xié)作時(shí),量子計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮其顛覆性的并行計(jì)算能力。

而在量子計(jì)算中,我們經(jīng)常需要讓不同的量子比特之間進(jìn)行相互協(xié)作,以執(zhí)行特定的計(jì)算任務(wù)。

全連接提供了直接的通信路徑,使得我們可以更容易地在量子比特之間傳遞信息,這對(duì)于實(shí)現(xiàn)一些量子算法非常關(guān)鍵。如果量子比特之間不能直接交流,那就像兩個(gè)人無法直接說話,需要其他人層層傳話,既浪費(fèi)資源,效率低下,傳話中還容易發(fā)生錯(cuò)誤,使得信息被曲解或者丟失。

更致命的是,在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中,不同模塊之間效率低下的通信可能只會(huì)導(dǎo)致計(jì)算速度下降,但對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來說,低效的計(jì)算通信可能會(huì)直接導(dǎo)致計(jì)算無法完成。

這是因?yàn)?,量子?jì)算機(jī)中的量子比特非常脆弱,很容易受環(huán)境影響,”壽命“有限。每一次計(jì)算必須在有限的壽命(相干時(shí)間)內(nèi)完成,否則量子比特內(nèi)的信息就會(huì)丟失,計(jì)算結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤。

所以,如果量子計(jì)算機(jī)具備全連接的特性,那么量子比特之間就能互相高效的通信并進(jìn)行計(jì)算,這種量子計(jì)算機(jī)在同樣比特?cái)?shù)下就具備了執(zhí)行更復(fù)雜算法的能力,加速大規(guī)模的通用量子計(jì)算的到來。

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ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)的真空腔與阱系統(tǒng)

 

助力高效計(jì)算!離子阱量子計(jì)算的全連接特性

目前,主流的量子計(jì)算技術(shù)路線中,只有離子阱量子計(jì)算和中性原子量子計(jì)算路線能夠方便實(shí)現(xiàn)全連接。其中,中性原子量子計(jì)算的相互作用隨距離衰減很快,只能在小范圍實(shí)現(xiàn)全連接。而離子阱量子計(jì)算通過先進(jìn)的光控技術(shù),可以利用任意兩個(gè)量子比特之間的相互作用做到量子糾纏,達(dá)到全連接的控制效果。這也是離子阱量子計(jì)算的獨(dú)特優(yōu)勢。

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國儀量子的ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)使用被束縛的離子作為量子比特。在ION I中,離子可以通過離子共享的振動(dòng)模式來傳遞信息,哪怕彼此并不相鄰,甚至間隔較遠(yuǎn)。ION I實(shí)現(xiàn)了任意兩個(gè)離子間的信息互連互通,讓量子計(jì)算更加靈活,極大的提高了計(jì)算效率,為解決一些復(fù)雜問題提供了可能性。

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準(zhǔn)備交付中的ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)

 

 

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