美研究人員開展兩種量子計算機的首次實驗對決

美研究人員開展兩種量子計算機的首次實驗對決

2017年2月21日，《科學》雜志網站報道了美國馬里蘭大學物理學家克瑞斯·門羅等研究人員開展的首次量子計算機對決，研究論文《兩種量子計算架構的實驗對比》已發表于預印本網站arXiv上。

兩臺計算機分別來自馬里蘭大學和IBM公司，前者是使用五個鐿離子的ionQ量子計算機，以電磁阱和激光進行操縱；后者以五個超導金屬環路為核心的可在線編程量子計算機，通過微波信號操控。研究人員使兩種完全不同技術類型、但均擁有5個量子比特的量子計算機運行相同的量子算法，進行硬件性能對比。

在實驗中，門羅團隊讓每臺量子計算機運行了一系列標準算法，然后進行比較。結果，IBM超導計算機運算更快，在250到450納秒內就能完成雙量子操作，是離子計算機的1000倍。但在可靠性方面，馬里蘭ionQ量子計算機略勝一籌。在一項特別任務中，ionQ成功率達到77.1%，而IBM超導計算機只有35.1%。業內人士分析認為原因在于連接方式的不同，ionQ使用的量子比特全部兩兩互聯，更能實現信息共享；而IBM的4個量子比特與另一個中心量子比特分別相連，必須通過一個中央端口交換信息，這一過程可能導致精細而脆弱的量子狀態受到破壞。

研究論文指出，雖然目前的量子系統還不夠強大，無法匹敵常規架構的計算機，但本實驗揭示了量子計算機未來發展需要解決的重要問題，如量子比特連通性與門表達性。此外，實驗結果也顯示，為特定的硬件架構設計專有優化的量子應用是未來量子計算機成功的最重要因素。來自Microsoft的研究員克瑞斯特·斯沃爾（Krysta Svore）表示，這種“比賽”對于了解特定結構組成如何影響量子計算機性能具有積極意義，可幫助開發者找到優化算法的突破點，是量子計算機展開“交流”的第一步。