亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（AWS）將在其名為Amazon Braket的特殊云服務(wù)器中托管量子計(jì)算機(jī)Aquila。這是量子計(jì)算第一次可以直接從AWS云端訪問(wèn)中性原子量子處理器。

而提供這臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的公司是QuEra，它一直致力于與亞馬遜的AWS建立合作，這次就是雙方合作的重要一步。

AWS和Amazon Braket

長(zhǎng)久以來(lái)，研究人員一直在研究量子計(jì)算，該研究與量子處理單元（QPU）背后的科學(xué)在同步發(fā)展。

量子計(jì)算領(lǐng)域的研究人員需要一個(gè)可以協(xié)作、共享信息和啟動(dòng)新項(xiàng)目的空間平臺(tái)。于是，AWS的Amazon Braket量子計(jì)算云服務(wù)就提供了這項(xiàng)功能。

它維護(hù)著來(lái)自全球數(shù)據(jù)中心的200項(xiàng)服務(wù)，這些服務(wù)提供給想要運(yùn)行網(wǎng)站、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和運(yùn)行交易的公司。此外，AWS還可以處理人工智能例程，并運(yùn)行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

認(rèn)識(shí)云

云也稱為“分布式計(jì)算”。因?yàn)閿?shù)據(jù)分布在許多遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)服務(wù)器上，互聯(lián)網(wǎng)托管服務(wù)器，這些服務(wù)器是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方。云可以運(yùn)行軟件、存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)、運(yùn)行算法和處理各種數(shù)據(jù)，所有這些都在本地計(jì)算機(jī)（例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)或平板電腦）以外的計(jì)算機(jī)中運(yùn)行。

AWS是全球最大的云服務(wù)商之一。Amazon Braket專為研究人員訪問(wèn)量子數(shù)據(jù)集而設(shè)計(jì)。Braket位于云端，并托管其他量子處理器以及獨(dú)特的Aquila量子處理器。

什么是Aquila?

Aquila是第一個(gè)可訪問(wèn)的中性原子量子處理器。Aquila旨在解決稱為“AHS”的數(shù)學(xué)問(wèn)題。

從本質(zhì)上講，它可以是任何類型的任務(wù)，例如旋轉(zhuǎn)晶格或處理高能物理學(xué)中的問(wèn)題，然后可以表示為特定的數(shù)學(xué)對(duì)象，稱為哈密頓量。

令人興奮的是，量子計(jì)算機(jī)幾乎可以立即處理這些信息。一個(gè)對(duì)象，就像一種算法一樣，可以同時(shí)運(yùn)行一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，而且速度都比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快得多。

普通計(jì)算機(jī)芯片使用比特，其作用類似于微小的開(kāi)關(guān)，可以處于開(kāi)（1）或關(guān)（0）的位置，量子計(jì)算機(jī)中的比特可以處于 “疊加”狀態(tài)，它們同時(shí)打開(kāi)和關(guān)閉，或介于兩者之間。

量子比特彼此之間存在關(guān)系，可以利用糾纏阻止它們獨(dú)立行動(dòng)。糾纏的量子共享一種狀態(tài)（例如自旋或電荷），即使粒子在物理尺度上相距很遠(yuǎn)，這種關(guān)系也會(huì)繼續(xù)存在。

這些計(jì)算機(jī)信息比特被稱為量子比特，QuEra開(kāi)發(fā)了一種可以運(yùn)行256個(gè)量子比特的處理器。

量子比特在黑暗和寒冷中生長(zhǎng)

有多種方法可以創(chuàng)建量子比特。

創(chuàng)建量子比特的方法之一是使用微波、光和磁鐵操縱某些材料中單個(gè)電子的自旋。它們也可以使用中性原子或離子中的電子能級(jí)作為量子比特來(lái)創(chuàng)建。使用激光，將它們“激發(fā)”到更高的能級(jí)，并根據(jù)它們的能量狀態(tài)分配值。產(chǎn)生量子比特的其他方法涉及光子、時(shí)間或超導(dǎo)材料。

只有少數(shù)量子處理器利用了開(kāi)發(fā)量子比特的多種方法。

在Aquila中，量子比特是在真空室中由激光開(kāi)發(fā)的，該真空室與外力隔離，然后冷卻到接近絕對(duì)零度（-270°C）的溫度。在避光和避熱的情況下，量子比特位于計(jì)算機(jī)芯片上，處于黑暗和寒冷的環(huán)境之中。

當(dāng)隔離并冷卻時(shí)，量子比特就成為超導(dǎo)體，當(dāng)放大時(shí)，受量子力學(xué)的影響，可以讓電子自由流動(dòng)，表現(xiàn)得像單個(gè)原子。

Aquila是一個(gè)有256量子比特的中性原子量子處理器。AWS表示，QuEra QPU的工作原理是用激光捕獲原子，將它們排列成可編程的一維或二維布局，并通過(guò)范德華力誘導(dǎo)原子間相互作用。量子比特由原子的基態(tài)和高激發(fā)態(tài)組成，稱為里德伯態(tài)。通過(guò)將原子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，QuEra QPU能夠?qū)崿F(xiàn)里德伯阻塞效應(yīng)，即相鄰量子比特的量子態(tài)由控制量子比特的狀態(tài)固定。此外，客戶可以動(dòng)態(tài)調(diào)整驅(qū)動(dòng)場(chǎng)參數(shù)，從而控制量子比特狀態(tài)及其交互。

Aquila QPU旨在處理優(yōu)化計(jì)算。這意味著量子比特可以幫助其他設(shè)備變得更加高效和精簡(jiǎn)。

量子計(jì)算機(jī)能跑多快？

量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度比世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)Frontier快1.58億倍。

Frontier是一臺(tái)在美國(guó)維護(hù)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，位于橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，是Cray模型計(jì)算機(jī)。它可以每秒運(yùn)行1億次方（10次方到15次方）浮點(diǎn)運(yùn)算。

量子計(jì)算機(jī)可以在四分鐘內(nèi)完成一些超級(jí)計(jì)算機(jī)需要10,000年才能處理的事情。

QuEra和亞馬遜的合作

亞馬遜已承諾托管Aquila中性原子量子處理器，著眼于量子計(jì)算行業(yè)的未來(lái)發(fā)展。在日益擁擠的技術(shù)領(lǐng)域中，亞馬遜在該項(xiàng)目的重點(diǎn)一直是提供更好的技術(shù)。

Amazon Braket總經(jīng)理Richard Molds說(shuō)：“AWS的量子計(jì)算戰(zhàn)略專注于客戶的選擇。借助Amazon Braket上的 Aquila，我們通過(guò)首次將中性原子量子計(jì)算功能引入AWS，為想要探索不同技術(shù)的客戶帶來(lái)了更多選擇。市場(chǎng)上有很多量子計(jì)算技術(shù)。從我們的角度來(lái)看，Amazon Braket是探索不同方法的最佳場(chǎng)所?！?/p>

QuEra希望合作伙伴能大力使用其技術(shù)，QuEra的首席執(zhí)行官Alex Keating說(shuō)：“在Amazon Braket云上推出Aquila是我們公司邁出的重要一步。這對(duì)QuEra來(lái)說(shuō)是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻，對(duì)于整個(gè)科技行業(yè)來(lái)說(shuō)，這也是一個(gè)里程碑。我們已經(jīng)想到了許多工業(yè)用例，并且一直在試用該技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)這些用例。目前，Aquila是第一臺(tái)可供所有人使用的中性原子量子計(jì)算機(jī)，幾乎任何公司都可以提出其他用例，并找到自己的新方法，利用這臺(tái)機(jī)器的計(jì)算能力來(lái)推進(jìn)自己的業(yè)務(wù)。這非常令人興奮，我們很自豪能成為第一個(gè)使之成為可能的人?！?/p>

編譯：卉可

編輯：慕一