【QC科普】實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的效率保證——全連接

Q什么是全連接？全連接意味著什么呢？

想象一下，在工作中，如果你只能和工位邊上的同事單線聯(lián)系，那你倆所能處理的工作就不會(huì)太復(fù)雜。

當(dāng)前，多數(shù)量子計(jì)算技術(shù)就與此類似，只有物理上彼此相鄰的量子比特才能進(jìn)行交互。

如果希望量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行和人們?nèi)粘９ぷ饕粯?，每個(gè)人可以直接和任一同事交流溝通，而不借助中間人，則需要量子比特具備全連接（Full Connectivity ）的特性。

全連接意味著任何量子比特都可以與任何其他量子比特直接交互，而無(wú)需借助中間量子比特。

離子阱量子計(jì)算是當(dāng)前少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)量子比特全連接操控的技術(shù)路線之一，其能以更少的步驟解決問(wèn)題，從而高效利用量子比特有限的相干時(shí)間。

量子計(jì)算，全連接很重要
QUANTUM COMPUTING

量子比特是量子計(jì)算的基本信息單元，只有當(dāng)足夠數(shù)量的量子比特相互協(xié)作時(shí)，量子計(jì)算機(jī)才能發(fā)揮其顛覆性的并行計(jì)算能力。

而在量子計(jì)算中，我們經(jīng)常需要讓不同的量子比特之間進(jìn)行相互協(xié)作，以執(zhí)行特定的計(jì)算任務(wù)。

全連接提供了直接的通信路徑，使得我們可以更容易地在量子比特之間傳遞信息，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)一些量子算法非常關(guān)鍵。如果量子比特之間不能直接交流，那就像兩個(gè)人無(wú)法直接說(shuō)話，需要其他人層層傳話，既浪費(fèi)資源，效率低下，傳話中還容易發(fā)生錯(cuò)誤，使得信息被曲解或者丟失。

更致命的是，在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，不同模塊之間效率低下的通信可能只會(huì)導(dǎo)致計(jì)算速度下降，但對(duì)于量子計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，低效的計(jì)算通信可能會(huì)直接導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法完成。

這是因?yàn)?，量子?jì)算機(jī)中的量子比特非常脆弱，很容易受環(huán)境影響，”壽命“有限。每一次計(jì)算必須在有限的壽命（相干時(shí)間）內(nèi)完成，否則量子比特內(nèi)的信息就會(huì)丟失，計(jì)算結(jié)果發(fā)生錯(cuò)誤。

所以，如果量子計(jì)算機(jī)具備全連接的特性，那么量子比特之間就能互相高效的通信并進(jìn)行計(jì)算，這種量子計(jì)算機(jī)在同樣比特?cái)?shù)下就具備了執(zhí)行更復(fù)雜算法的能力，加速大規(guī)模的通用量子計(jì)算的到來(lái)。

ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)的真空腔與阱系統(tǒng)

助力高效計(jì)算！離子阱量子計(jì)算的全連接特性

目前，主流的量子計(jì)算技術(shù)路線中，只有離子阱量子計(jì)算和中性原子量子計(jì)算路線能夠方便實(shí)現(xiàn)全連接。其中，中性原子量子計(jì)算的相互作用隨距離衰減很快，只能在小范圍實(shí)現(xiàn)全連接。而離子阱量子計(jì)算通過(guò)先進(jìn)的光控技術(shù)，可以利用任意兩個(gè)量子比特之間的相互作用做到量子糾纏，達(dá)到全連接的控制效果。這也是離子阱量子計(jì)算的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

國(guó)儀量子的ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)使用被束縛的離子作為量子比特。在ION I中，離子可以通過(guò)離子共享的振動(dòng)模式來(lái)傳遞信息，哪怕彼此并不相鄰，甚至間隔較遠(yuǎn)。ION I實(shí)現(xiàn)了任意兩個(gè)離子間的信息互連互通，讓量子計(jì)算更加靈活，極大的提高了計(jì)算效率，為解決一些復(fù)雜問(wèn)題提供了可能性。

準(zhǔn)備交付中的ION I離子阱量子計(jì)算機(jī)