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量子纠错提效六倍！亚马逊推出全新量子芯片
光子盒研究院
昨天，在本周于拉斯维加斯举行的AWS re:Invent 2023大会上，AWS高级副总裁彼得·德桑提斯（Peter DeSantis）在最后几分钟的主题演讲中谈到了量子计算。虽然细节不多，但德桑提斯分享了在纠错方面取得进展的内部QPU开发工作，也许同样重要的是，他暗示了AWS投入量子设备开发和量子领域的深度。
与许多大型云计算提供商一样，AWS也在豪赌量子计算和量子网络将成为先进计算领域的重要参与者，不过具体时间尚不清楚。2019年，AWS与加州理工学院合作成立了AWS量子计算中心；该中心专注于QPU硬件开发，以及纠错技术的进步等。除了提供工具和访问第三方量子设备的AWS Braket门户外，AWS还有其他与量子相关的开发中心。
鉴于人们对量子计算的热情，在大多数情况下，大型云计算提供商——AWS、谷歌、微软，仍在继续努力。预计在早期，云提供商将是用户实际访问第三方量子设备的主要途径。
而一直以来，AWS和微软都没有透露太多关于其内部QPU开发的信息，而谷歌已经有一段时间提供了对其设备的选择性访问。
德桑提斯在介绍AWS的工作时说：“让我们先睹为快，这是一个量子设备。这是一款定制设计的芯片，完全由我们的AWS量子团队在内部制造。这款芯片的独特之处在于，它通过将比特翻转与相位翻转分离来实现纠错。通过这个原型设备，我们利用被动纠错方法将比特翻转错误抑制了100倍——即99%。这样，我们就能把主动纠错的重点放在那些相位翻转上......通过将这两种方法结合起来，我们已经证明，理论上，我们实现量子纠错的效率是标准纠错方法的六倍。
可以肯定的是，AWS的设备不是现在就能轻易获得的。德桑提斯指出：“我们应该意识到，在通往纠错量子计算机的道路上，我们还处于早期阶段。这一步是开发硬件高效、可扩展量子纠错的重要部分，我们需要用它来解决量子计算机上的有趣问题。我们将很快分享这些实验结果的更多细节。”
“目前，相互竞争的量子比特模式之间的错误率差别很大。”德桑提斯指出，目前的技术水平是“每1000次量子操作大约出现一次错误”。
AWS采用的是超导量子比特方法，从广义上讲，其减少误差的进展是基于实现所谓的“猫量子比特”（cat cubit）技术，其他公司如初创公司Alice&Bob也在探索这种技术。以下是AWS提供的更深层次的细节：
- 它使用了一种基于振荡器的特殊量子比特，能有效抑制比特翻转错误，并需要一种简单得多的外部纠错码来保护剩余的相位翻转错误。据估计，在实际系统中，量子纠错可节省高达6倍的开销。
- 量子纠错基于超导量子电路技术，可在硅微型芯片表面“打印”量子比特，使其在物理量子比特数量上具有高度可扩展性。这种可扩展性使得人们可以通过在芯片上添加更多物理量子比特，以指数方式抑制总逻辑错误率。其他基于类似振荡器的量子比特的方法依赖于大型三维谐振腔，需要人工拼凑在一起。
AWS还宣布为其Braket门户网站提供一项新服务：Braket Direct，该计划扩展了客户访问量子硬件的方式。
“您可以使用Braket Direct在一段时间内预订IonQ Aria、QuEra Aquila和Rigetti Aspen-M-3设备上的整台专用机器，用于运行最复杂、长期运行、时间敏感的工作负载，或开展培训研讨会和黑客马拉松等现场活动，您只需支付预订的费用。”
“为了进一步开展研究，您现在可以通过免费办公时间或一对一的实践预订准备课程，直接与Braket的专家接触。为了进行更深入的研究合作，您可以与IonQ、Oxford Quantum Circuits、QuEra、Rigetti或亚马逊量子解决方案实验室（我们的专业服务团队）等量子硬件供应商的专家联系。”
官方链接：https://aws.amazon.com/cn/about-aws/whats-new/2023/11/amazon-braket-launches-braket-direct/
目前，IonQ的售价为每小时7,000美元，QuEra Aquila的售价为每小时2,500美元，Aspen-M-3的价格略高，为每小时3,000美元。
“最后，要想真正突破极限，您可以从IonQ保真度最高的30量子比特Forte设备开始，获得有限或可用性降低的实验能力。”
在大多数情况下，德桑提斯指出：“你们可能已经看到了如今正在生产的拥有数百甚至上千个量子比特的量子计算机。因此，我们有理由问，为什么量子计算机还没有开始改变世界？就像很多事情一样，你必须读懂细枝末节。而量子计算机的‘小字报’上写着，它们很嘈杂，而且容易出错。”
德桑提斯认为，在生产环境中定期使用量子设备还需要几年的时间，但也许比想象中要更近一些。“我们仍处于非常早期的阶段，但这款芯片代表了量子计算纠错的重要一步。”
那么，AWS QPU的开发是否会变成用户可以开始试验的设备呢？我们拭目以待。
参考链接：[1]https://www.hpcwire.com/2023/11/28/reinvent-2023-aws-talks-a-little-quantum-showcases-error-correction-progress/[2]https://www.forbes.com/sites/craigsmith/2023/11/28/amazon-introduces-new-quantum-chip-to-reduce-errors/?sh=442dca091f58[3]https://www.theverge.com/2023/11/27/23979055/aws-is-experimenting-with-a-chip-that-can-solve-key-quantum-computing-problems[4]https://www.infoworld.com/article/3711364/amazon-braket-direct-program-to-help-reserve-quantum-computers.html[5]https://aws.amazon.com/cn/about-aws/whats-new/2023/11/amazon-braket-launches-braket-direct/
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