Google 公布量子運算新進展,藉量子糾錯使多個量子位元能視為單一邏輯量子位元大舉提升效能

2023.02.23 12:06PM

Google 在三年前首度使量子電腦執行運算,並展現超越當時超級電腦的性能,然而量子電腦技術牽涉複雜,也有著執行環境限制,當前多數的量子電腦技術仍處在前期發展與試驗; Google 宣布最新的量子運算關鍵進展,即是在量子糾錯技術獲得突破,使得 Google 能將一組的量子位元視為一個邏輯量子單元, 能使得 49 個物理量子位元製作的邏輯量子位元遠勝 17 個量子位元製作的邏輯子位元。

這樣的概念與當前典型 CPU 與 GPU 的多核協作近似,借助將多個核心整併為單一個邏輯運算單位進行運算;然而量子電腦所採用的演算法進行量子位元操作的方式更為複雜,關鍵在於量子位元相當敏感,縱使是雜散光也會導致運算錯誤,尤其隨著量子運算持續發展,任務變得更為複雜,問題就越難克服,故 Google 認為需要使未來的量子位元錯誤率更低於當前,也需要透過量子糾錯( quantum error correction )解決。

▲量子處理器的運算特性比起現行 x86 更為敏感且容易受干擾,使得量子糾錯成為合併大量物理量子位元成單一量子邏輯單元的關鍵

量子糾錯能使跨多個物理量子位元對資訊進行編碼,形成「邏輯量子位元」保護資訊與降低錯誤率,同時也被視為能夠實際作為執行大規模量子電腦的關鍵;相較單一量子位元進行運算, Google 透過邏輯量子位元進行運算,並將量子處理器的大量物理量子位元視為一個邏輯量子位元, Google 希冀能夠降低多個量子位元的錯誤率,藉此實現現有的量子演算法。

Google 公布的量子糾錯進展也是首度有人成功實現縮放邏輯量子位元實驗的里程碑, Google 希冀藉此能使量子運算技術持續突破,能夠實現以量子電腦探索以往傳統超級電腦效率不佳的領域,例如新藥物分子、以更少能源生產肥料、更環保的方式設計電池與核融合反應,還有進行物理研究等。

目前 Google 還處在低於百個邏輯量子的整合,目標是持續擴展到能夠將數千個邏輯量子位元維持低錯誤率,故還有相當長遠的一段發展歷程要走;當前 Google 認為包括低溫控制、電子控制、量子位元設計與材料選擇等等,都是需要持續進行探索與發展的關鍵,而量子處理器的開發也是提供 AI 輔助運算的測試機會, Google 也會嘗試利用 AI 改善流程。

最後, Google 也不忘重申量子運算技術帶來龐大潛力的同時,也不免受到惡意人士的覬覦, Google 將會以負責任的方式發展量子運算,攜手政府與安全性社群合作,以及確保 Google Cloud、Android 和 Chrome 等服務在未來量子世界中的安全性。