科技日報記者 劉霞
IBM公司科學(xué)家實現(xiàn)了“跨芯片”量子糾纏——使兩塊“鷹”（Eagle）量子芯片成功糾纏在一起。每塊量子芯片擁有127個量子比特，兩塊芯片共同完成了需要142個量子比特才能完成的計算任務(wù)。目前，單塊芯片一次容納的量子比特的數(shù)量低于142。這一成果為構(gòu)建更大規(guī)模量子計算機(jī)奠定了基礎(chǔ)，相關(guān)論文發(fā)表于20日出版的《自然》雜志。
量子計算機(jī)有望比傳統(tǒng)設(shè)備更快地解決某些問題，但建造實用量子計算機(jī)之路并非一片坦途。其中，擴(kuò)大規(guī)模與降低出錯率是兩大主要障礙。全球多個研究小組和公司“各出奇招”，力求掃清這些障礙。IBM選擇了超導(dǎo)芯片，這些芯片可由制造現(xiàn)有計算機(jī)硬件的機(jī)器生產(chǎn)。
但I(xiàn)BM的這一策略也面臨一大挑戰(zhàn)：芯片的輸入和輸出線路遠(yuǎn)大于進(jìn)行計算的量子比特。這意味著量子比特之間的距離大于傳統(tǒng)處理器內(nèi)晶體管之間的間隔，進(jìn)而限制了壓縮到芯片上的量子比特的數(shù)量。為此，IBM希望在量子芯片之間實現(xiàn)糾纏，協(xié)同工作。
但要讓量子芯片之間相互糾纏，遠(yuǎn)比使用傳統(tǒng)芯片困難。這是因為在傳統(tǒng)芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)以電信號的有（1）或無（0）來表示，而量子比特之間的糾纏無法簡單地通過線路傳遞。
為攻克這一難題，IBM科學(xué)家設(shè)計出一種方案：首先讓一對量子比特糾纏，隨后將其中一個量子比特傳送到第二塊芯片，這樣兩塊芯片之間就建立了量子聯(lián)系。不過，這一過程還需要傳統(tǒng)計算機(jī)的輔助。在最新研究中，該公司首次成功地將兩塊量子芯片糾纏在一起，讓它們作為一個整體，執(zhí)行超出單塊芯片能力的計算。
美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的斯科特·阿倫森表示，將多個量子芯片連接在一起的想法已經(jīng)討論了幾十年，現(xiàn)在，IBM朝這個目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。然而，要真正擴(kuò)大超導(dǎo)量子計算機(jī)的規(guī)模，還需要在保證更高保真度的情況下，讓數(shù)百或數(shù)千個超導(dǎo)芯片作為一個整體協(xié)同運行。
總編輯圈點：
量子計算機(jī)在處理特定類型的問題上能超越傳統(tǒng)計算機(jī)，如大規(guī)模數(shù)據(jù)加密、藥物分子模擬等領(lǐng)域。然而，量子計算面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是如何在保持量子態(tài)穩(wěn)定的同時，擴(kuò)展系統(tǒng)的規(guī)模。IBM通過巧妙的設(shè)計，克服了量子芯片間通信的技術(shù)障礙，實現(xiàn)了“跨芯片”的量子糾纏。盡管目前仍處于實驗階段，但這一進(jìn)展無疑為實現(xiàn)更強(qiáng)大的量子計算能力鋪平了道路。
