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终于，谷歌发布了新量子处理器Bristlecone
2018年03月06日 由 yining 发表
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谷歌量子智能实验室（Google Quantum AI lab）的目标是建立一个量子计算机，用于解决现实世界的问题。谷歌采用的策略是利用与大规模通用误差校正的量子计算机兼容的系统来探索近期应用。为了让量子处理器能够运行超出经典模拟范围的算法，它不仅需要大量的量子位元。至关重要的是，处理器在读出和逻辑操作上也必须有较低的错误率，比如单位（single-qubit）和两位（two-qubit）量子门。
终于，谷歌在洛杉矶举行的一年一度的美国物理学会会议上介绍了他们的新量子处理器Bristlecone。这个基于门（gate）的超导系统的目的是为研究量子位元技术的系统误差率和可扩展性，以及在量子模拟、优化和机器学习中的应用提供一个实验平台。
该设备的导向性设计原则保持了谷歌之前的9量子位元线性阵列技术，这项技术展示了读出的低误差率（1%），单量子位门（0.1%）和最重要的双量子位门（0.6%）作为他们的最佳结果。该设备使用相同的模式进行耦合、控制和读出，但将其扩展为一个包含72个量子位的正方形数组。谷歌选择的这种尺寸的设备能够在未来展示量子霸权，使用表层代码（surface code）来研究第一阶和第二阶的误差校正，并在实际的硬件上促进量子算法的开发。
在研究特定的应用程序之前，量化一个量子处理器的能力是很重要的。谷歌的原理团队（theory team）已经开发出了一种基准测试工具来完成这项任务。他们可以通过在设备上应用随机的量子线路来分配一个单一的系统误差，并通过一个经典模拟来检查抽样的输出分布。如果一个量子处理器的操作误差足够小，它就能在一个定义良好的计算机科学问题上超越经典的超级计算机，这是一项被称为“量子霸权”的成就。这些随机电路在量子位和计算长度（深度）上都必须很大。虽然还没有人达到这一目标，但谷歌的计算量子霸权可以用49量子位，一个超过40量子位的线路深度，还有一个低于0.5%的两量子位元的误差。谷歌相信，量子处理器优于超级计算机的实验证明将是这个领域的分水岭，并且仍然是他们的主要目标之一。
谷歌谨慎并乐观地认为，使用Bristlecone可以实现量子霸权，并认为在这种水平上学习构建和操作设备是一个令人兴奋的挑战！
终于，谷歌在洛杉矶举行的一年一度的美国物理学会会议上介绍了他们的新量子处理器Bristlecone。这个基于门（gate）的超导系统的目的是为研究量子位元技术的系统误差率和可扩展性，以及在量子模拟、优化和机器学习中的应用提供一个实验平台。
谷歌最新的量子处理器Bristlecone（左）。右边是该设备的一个动画表示：每个“X”代表一个量子位，有着最近邻的连通性。
该设备的导向性设计原则保持了谷歌之前的9量子位元线性阵列技术，这项技术展示了读出的低误差率（1%），单量子位门（0.1%）和最重要的双量子位门（0.6%）作为他们的最佳结果。该设备使用相同的模式进行耦合、控制和读出，但将其扩展为一个包含72个量子位的正方形数组。谷歌选择的这种尺寸的设备能够在未来展示量子霸权，使用表层代码（surface code）来研究第一阶和第二阶的误差校正，并在实际的硬件上促进量子算法的开发。
二维概念图，显示了误差率与量子位数之间的关系。量子人工智能实验室的研究方向是用红色显示的，谷歌希望这一研究能在近期的应用中步入正轨，以建立一个误差校正的量子计算机（error corrected QC）。
在研究特定的应用程序之前，量化一个量子处理器的能力是很重要的。谷歌的原理团队（theory team）已经开发出了一种基准测试工具来完成这项任务。他们可以通过在设备上应用随机的量子线路来分配一个单一的系统误差，并通过一个经典模拟来检查抽样的输出分布。如果一个量子处理器的操作误差足够小，它就能在一个定义良好的计算机科学问题上超越经典的超级计算机，这是一项被称为“量子霸权”的成就。这些随机电路在量子位和计算长度（深度）上都必须很大。虽然还没有人达到这一目标，但谷歌的计算量子霸权可以用49量子位，一个超过40量子位的线路深度，还有一个低于0.5%的两量子位元的误差。谷歌相信，量子处理器优于超级计算机的实验证明将是这个领域的分水岭，并且仍然是他们的主要目标之一。
位于圣芭芭拉的量子人工智能实验室的研究科学家Marissa Giustina安装了一个Bristlecone芯片。
谷歌希望在9量子位元设备上实现类似的性能，但现在已经跨越了72量子位。他们相信，在建造更大规模的量子计算机时，Bristlecone将会是一个令人信服的原理证明。在低系统误差下运行像Bristlecone这样的设备需要从软件和控制电子学到处理器本身的一整套技术之间的协调。要想获得这个权利，需要在几个迭代中仔细地进行系统工程。
谷歌谨慎并乐观地认为，使用Bristlecone可以实现量子霸权，并认为在这种水平上学习构建和操作设备是一个令人兴奋的挑战！
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