远望智库开源情报中心 济徽 编译

据美国国防高级研究计划局（DARPA）的研究人员称，DARPA最近资助了这一量子计算项目的第二阶段开支。该项目旨在扩大新兴技术的实用性。

乔治亚理工学院为其牵头的此项目第二阶段和相关科学家们提供了920万美元的资金，用于在量子计算系统上进行额外的实验。该系统配置在设计时被预留了足够的潜力，以备在未来链接更多的计算单元。

DARPA项目——使用嘈杂中级量子设备进行优化——旨在“通过超越经典系统在解决优化挑战方面的性能来展示量子信息处理的定量优势。”

研究人员克雷斯顿·赫罗尔德（CrestonHerold）表示，量子计算系统可以解决的经典优化问题之一就是“旅行推销员难题”。所谓的著名的旅行推销员问题就是，例如你有一个地址列表，而你需要通过路径和包裹来完成交付。旅行推销员问题的目的就是找到最有效的路线，无论是以时间还是距离作为标准，或者左转最少，或者消耗最少的汽油。他指出，这类问题出现在国防和其他政府业务的各种后勤问题中。

量子计算机使用称为量子比特的基本单位，而不是像传统计算机那样使用1和0。它的计算能力源于每个量子比特同时为1和0的潜力，而不是仅限于二者之一。因此，量子计算机可以运行更复杂的算法，并且比传统计算机运行得更快。

赫罗尔德解释说，这项研究旨在超越迄今为止大多数量子计算取得的成果。量子计算机与早期的传统计算机一样大，并且尚未开发出与传统计算机相媲美的计算能力。

虽然大多数量子计算系统使用磁阱来隔离离子，但该团队的一名研究人员BrianMcMahon开发了一种“独特”的配置，优化产生了一种更高效的流程。

捕获的过程——科学上称之为Penning陷阱——使用磁场和电场的组合来限制执行量子操作的二维离子晶体。稀土被用来制造磁阱的永磁体中。一般选用钕或钐钴等磁铁，它们的磁性非常强。据该团队称，该磁阱使用这些稀土金属代替“庞大的、低温冷却的超导磁体”。

研究团队已经进行了18个月的试验。在此期间，研究人员构建了一条长度为10个量子比特的离子链。量子比特是量子计算系统的最小单位之一。

赫罗尔德表示，用短链建立研究基础是项目的开始，但最终它会走得更远。这实际上是关于测试控制方案，并确定这种操作设备的方式可以按预期解决这些问题。

向链中添加数千个量子系统将导致计算机计算出更准确的解决方案。他说，如果不增加更多的系统，量子计算机将具有与经典计算机大致相同的算力。

赫罗尔德称，在项目开始时，团队知道他们需要数百个量子比特才能真正推动算力以解决一个重要问题。科学家们仍然可以模拟量子设备上发生的一切，但它太小而无法解决团队更大的优化问题。但这并不意味着传统计算对该项目毫无作用。研究人员正在利用经典计算机硬件的经验以更好地研发量子硬件，并以此来减轻系统的负担。

赫罗尔德表示，他们正在从经典计算机中吸取经验和教训，以避免在研发量子计算机时走不必要的弯路。

无论迄今为止该项目被证明多么有希望，研究人员仍然面临着艰巨的技术挑战。例如，量子系统越复杂，就越有可能出现由“噪声”引起的显着错误率——“噪声”一词的意思是对量子计算机中量子位状态的干扰。

该研究小组包括橡树岭国家实验室的科学家，他们正在那里使用一台超级计算机来进行计算模拟，以在量子系统扩大规模时将其噪声降至最低。

赫罗尔德认为：“针对量子硬件，我们总是在与噪音作斗争，在硬件体积到达一定规模时，计算会出现大量错误，因此我们的设计实际上受限于一定的体积范围。”他解释说，虽然部分研究正在寻找如何减轻错误，但噪声量最终将限制链的长度，从而限制系统的复杂性。

如果研究人员能够为这些挑战提出可行的解决方案，那么这将在各个行业中发挥重要作用。这个项目将表明，更大的量子比特集合可以优化解决问题，并且比我们现有的手段更好，这将对解决这些问题的方式产生真正的变革性影响。

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