?我们该如何详细化研究量子计算



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?我们该如何详细化研究量子计算


为了实现量子计算的全部 , 有必要构建能够执行质量保证委员会协议的系统 。 一般来说 , 这些协议使用容易出错的物理量子比特的集合来实现“逻辑量子比特” , 与它们的组成物理量子比特相比 , 它们的错误率降低了 。 错误被抑制的程度取决于物理量子比特的错误率和冗余程度 。 然而 , 为了让这样的协议首先工作 , 物理量子比特错误率必须平均低于阈值 , 这取决于质量保证委员会协议的具体情况 。

有许多不同的质量保证委员会方案 , 一旦物理错误率低于阈值 , 实现特定逻辑错误率所需的冗余程度与物理错误率的进一步降低成对数关系 。 将阈值超过一个数量级的实际目标似乎是可行的 , 但每个逻辑量子比特仍需要大约一千个物理量子比特 。 因此 , 据估计 , 实现一个具有一千个逻辑量子比特的实用系统 , 将需要构建一个百万量子比特规模的系统 。 构建这样的计算机存在许多与微波相关的挑战 。
如今的量子处理器使用主要包括室温电子设备的系统进行控制和测量 , 高性能微波互连用于与量子处理器接口 。 从量化蛮力缩放方法所需的控制和测量通道的数量开始将很有帮助 。 对于使用架构中排列的超导传输量子比特实现的大规模量子处理器 , 处理器操作需要每个量子比特一个通道和三个控制通道 。 此外 , 每十个量子位需要一个读出通道 。 在半导体自旋量子位的情况下 , 每个量子位需要少量直流偏置线来定义隧道势垒和化学势 。

根据自旋量子比特的特点 , 每个量子比特至少需要一个高带宽通道 , 以及额外的相位偏移通道 , 通常用于消除串扰 。 基于射频反射计的自旋量子位读数 , 需要使用频率多路复用的每十个量子位的单个宽带线 。 俘获离子系统通常依靠其较长的量子位相干时间 , 以及重新配置离子或激光束在阱中位置的能力 , 对串联的不同量子位子集执行逻辑操作 , 而不是对所有量子位执行同时操作.这意味着微波控制硬件的缩放与量子比特数的缩放没有精确的关系 。
【?我们该如何详细化研究量子计算】然而 , 为了避免计算速度过慢 , 序列化最多是几十倍 , 而不是几百倍或更大 。 因此 , 将现有技术扩展到大规模纠错量子计算机所需的水平似乎并不可行 。 除了量子控制和测量电子设备的庞大体积之外 , 还必须考虑将电子设备连接到量子处理器的可行性 。 在这里 , 基本约束将是所需互连数量与芯片表面积的比率 , 它决定了所需的互连密度 。 对于大规模量子处理器 , 这简化为每个量子位所需的输入与输出的最大值信号数量 , 与量子位间距平方的比率 。 对于以约一毫米间距排列且每个量子位需要约四点二条线的超导量子比特 , 需要每平方毫米约四点二条线的互连密度 。

虽然这被认为是可行的 , 但需要大量的微波工程来传递这些信号 , 同时保持低串扰并避免损耗 。 开发能够实现高相干性和低串扰同时实现此规范的量子比特封装技术 , 将需要大量研究 。 超导互连提供近乎无损和近乎无色散的电传播 , 同时提供非常低的热导率 , 可用于传输10毫开尔文至4开尔文的信号 。
然而 , 在4开尔文和室温之间实现所需的互连密度可能由于色散和损耗而具有挑战性 , 这两者都会使控制波形失真 。 因此 , 控制和测量系统可能必须部分或全部驻留在4开尔文 。 无论如何 , 需要大量工作来开发4开尔文和10毫开尔文之间的互连系统 , 以提供可重复的性能和严格的串扰性能 。