總部位于巴黎的初創(chuàng)公司Alice&Bob使用超導(dǎo)芯片的兩個(gè)相反的量子態(tài)（他們稱之為“貓態(tài)量子比特”芯片）來幫助開發(fā)量子計(jì)算的不同自旋方式。（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

有的人認(rèn)為，構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的模塊模仿了著名的思想實(shí)驗(yàn)——“薛定諤的貓”，量子物理學(xué)本質(zhì)上是將貓關(guān)在盒子里，讓它處于生與死之間的模糊狀態(tài)，當(dāng)有人打開盒子時(shí)，才會(huì)確定貓是死還是活?，F(xiàn)在，

一家法國初創(chuàng)公司表示，通過盡可能地“模仿”薛定諤的貓，可以加快建造強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，同時(shí)，亞馬遜也在走這一戰(zhàn)略路線。

經(jīng)典計(jì)算機(jī)是通過打開或關(guān)閉晶體管，將數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)化為1或0，而量子計(jì)算機(jī)使用的是量子比特（ qubits ）。根據(jù)量子力學(xué)原理，量子比特可以同時(shí)以1和0的疊加狀態(tài)存在。這本質(zhì)上是允許每個(gè)量子比特同時(shí)執(zhí)行2個(gè)計(jì)算，隨著量子比特的數(shù)目增長，它們可以同時(shí)執(zhí)行的計(jì)算就越多，甚至達(dá)到指數(shù)級(jí)。

新策略依賴于所謂的“貓態(tài)”，這是一對(duì)完全不同的量子態(tài)，彼此截然相反，就像著名的“薛定諤的貓”一樣。

量子計(jì)算應(yīng)用中，首先引起廣泛關(guān)注的是密碼破解?，F(xiàn)代密碼學(xué)大部分都依賴于經(jīng)典計(jì)算機(jī)，在解決諸如因式分解等數(shù)學(xué)問題時(shí)，面臨很大困難。然而，使用 Shor的整數(shù)分解算法，量子計(jì)算機(jī)甚至可以快速破解高度安全的RSA-2048加密。

然而，當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)是其內(nèi)部運(yùn)作容易出錯(cuò)。科學(xué)家可以通過冗余量子比特來解決這些高錯(cuò)誤率。然而，這些量子糾錯(cuò)策略通常需要較高的硬件開銷。

例如，對(duì)于每個(gè)有用的“邏輯”量子比特，他們可能需要1,000多個(gè)冗余“物理”量子比特。

另一種策略側(cè)重于質(zhì)量而不是數(shù)量，致力于設(shè)計(jì)穩(wěn)定的抗錯(cuò)誤量子比特。最近，總部位于巴黎的法國初創(chuàng)公司Alice & Bob透露，其策略可以將Shor算法所需的量子比特?cái)?shù)量

削減60倍

。

理論上，科學(xué)家可以使用量子系統(tǒng)的幾乎任何一對(duì)狀態(tài)來編碼量子比特，例如，使用分子中潛在的兩個(gè)不同能級(jí)。相比之下，Alice&Bob的策略取決于“貓態(tài)”，它由成對(duì)的狀態(tài)組成，這些狀態(tài)彼此截然相反，就像原始薛定諤的貓所經(jīng)歷的生死狀態(tài)一樣。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)量子比特的狀態(tài)在0和1之間翻轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于比特翻轉(zhuǎn)的常見錯(cuò)誤源，貓態(tài)量子比特就具有很強(qiáng)的抵抗力。Alice&Bob指出，這種情況下，通常只有一個(gè)常見的錯(cuò)誤源需要糾正，而不是兩個(gè)，這大大簡化了量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。

破解RSA-2048加密預(yù)計(jì)需要大約2,200萬個(gè)量子比特。然而，如果使用貓態(tài)量子比特，研究人員計(jì)算出他們可以將這個(gè)數(shù)字降至350,000。

Alice&Bob正在研究的量子比特是超導(dǎo)設(shè)備，像谷歌、IBM 等在其量子計(jì)算機(jī)中使用的量子比特一樣。具體來說，這依賴于可以在兩種振蕩狀態(tài)之間波動(dòng)的超導(dǎo)微波諧振器。

該公司與法國替代能源和原子能委員會(huì)合作，估算了在破譯依賴于600位十進(jìn)制位數(shù)的龐大數(shù)字（RSA-2048涉及的內(nèi)容）時(shí)，可能需要哪些硬件才能超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。 傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)無論運(yùn)行多長時(shí)間都無法解決這個(gè)問題，但量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)在不到一天的時(shí)間內(nèi)解決。

之前的研究表明，使用當(dāng)今錯(cuò)誤叢生的量子計(jì)算機(jī)，Shor算法需要大約2200萬個(gè)量子比特才能破解 RSA-2048。相比之下，Alice&Bob只需要大約350,000個(gè)貓態(tài)量子比特即可完成相同的任務(wù)。

Alice&Bob首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Théau Peronnin表示：“不僅在硬件方面，在算法和架構(gòu)方面，也仍然存在改進(jìn)的空間。還有很大的機(jī)會(huì)進(jìn)一步減少運(yùn)行這些代碼所需的開銷?！?/p>

該初創(chuàng)公司的目標(biāo)是在今年年底前擁有一個(gè)14量子比特系統(tǒng)，Peronnin表示，在接下來的幾年里，該公司希望開發(fā)出一種能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)邏輯量子比特的40量子比特設(shè)備，這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)錯(cuò)誤指數(shù)級(jí)減少的系統(tǒng)。

該公司的貓態(tài)量子比特目前在10秒內(nèi)就降解。該公司的目標(biāo)是將其改進(jìn)到8小時(shí)，乃至1個(gè)月。

Peronnin說：“目前還沒有合適的無可爭議的邏輯量子比特。谷歌的最新實(shí)驗(yàn)正處于這一里程碑的門檻上，他們可以根據(jù)需要添加任意數(shù)量的量子比特，雖然沒有什么改進(jìn)，但也不會(huì)退化。為了讓我們的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出壽命更長的邏輯量子比特，我們需要40個(gè)貓態(tài)量子比特。”

目前，Alice & Bob正在進(jìn)一步改進(jìn)其貓態(tài)量子比特。例如，該公司的設(shè)備顯示比特翻轉(zhuǎn)時(shí)間約為10秒，比以前的貓態(tài)量子比特快了約4個(gè)數(shù)量級(jí)。但該公司希望將其改進(jìn)到至少8小時(shí)，甚至是1個(gè)月。應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的一種方法是保護(hù)量子計(jì)算機(jī)免受來自外太空的宇宙射線的影響，這些射線可能導(dǎo)致基于超導(dǎo)量子比特的量子計(jì)算機(jī)大約每10秒遭受一次災(zāi)難性的錯(cuò)變。

Alice & Bob還希望降低其貓量子比特相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤率。Peronnin說：“我們有很多方法可以通過提高制造質(zhì)量來改善，但這還不是最先進(jìn)的。”

Alice &Bob面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是，亞馬遜可能會(huì)利用Alice&?Bob團(tuán)隊(duì)的研究來幫助指導(dǎo)自己開發(fā)貓態(tài)量子比特。

Peronnin說：“作為一家年輕的初創(chuàng)公司，當(dāng)我們得知亞馬遜正在研究貓態(tài)量子比特時(shí)，我們的第一反應(yīng)是大汗淋漓。但后來我們意識(shí)到這也是一件好事，我們不是在競爭誰會(huì)獲勝，這是貓態(tài)量子比特與其他可能的技術(shù)之間的角逐，所以對(duì)我們來說，這是很好的外部驗(yàn)證?？偠灾?，亞馬遜是一個(gè)強(qiáng)大的競爭對(duì)手，我們正在共同推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的前沿發(fā)展。有這樣的競爭真是太好了，就像大衛(wèi)對(duì)抗歌利亞，這確實(shí)讓我們的團(tuán)隊(duì)充滿了斗志?！?/p>

編譯：卉可

編輯：慕一

特此說明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。 —— end——