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科技日報記者?張夢然

量子機器的計算能力目前還偏低，提高性能是一項重大挑戰(zhàn)。奧地利因斯布魯克大學物理學家現(xiàn)在提出了一種通用量子計算機的新架構(gòu)，該架構(gòu)克服了量子信息無法復制和存儲的限制，或很快成為下一代量子計算機的基礎。

帶有邏輯線的修改后的LHZ架構(gòu)圖示。圖片來源：《物理評論快報》

量子計算機中的量子比特并且用作計算單元和內(nèi)存，但由于量子信息無法復制，于是無法像經(jīng)典計算機那樣存儲在內(nèi)存中。由于這種限制，量子計算機中的所有量子比特必須可以交互。這仍然是目前構(gòu)建強大量子計算機的要緊挑戰(zhàn)。

2015年，理論物理學家沃爾夫?qū)とR希納、菲利普·豪克和彼得·佐勒為解決這一難題，為量子計算機提出了一種新的架構(gòu)，以三人的名字命名為“LHZ架構(gòu)”。萊希納表示，這種架構(gòu)最初是為優(yōu)化咨詢題而設計的，“在那個過程中，我們將架構(gòu)減少到最低限度，以便盡可能高效地解決這些優(yōu)化咨詢題”。

萊希納解釋講，此體系結(jié)構(gòu)中的物理量子比特不表示單個比特，而是對照特之間的交互進行編碼。這也意味著，并非所有量子比特都必須相互交互。他和團隊現(xiàn)在差不多證明，一種奇偶校驗概念也適用于通用量子計算機。

奇偶校驗計算機可在單個量子比特上執(zhí)行兩個或多個量子比特之間的操作。研究人員表示，現(xiàn)有的量子計算機差不多在小規(guī)模上很好地實現(xiàn)了這種運算。但是，隨著量子比特數(shù)量的增加，實現(xiàn)這些門運算變得越來越復雜。

在兩篇論文中，因斯布魯克大學科學家證明，奇偶校驗計算機可執(zhí)行量子傅里葉變換，計算步驟明顯減少，于是速度更快。傅里葉變換正是許多量子算法的基本構(gòu)建塊。研究人員表示，架構(gòu)的高度并行性意味著，它能特別有效地執(zhí)行眾所周知的用于分解數(shù)字的舒爾算法。

新概念還使硬件具有高效的糾錯功能。由于量子系統(tǒng)對干擾特別敏感，量子計算機必須不斷糾正錯誤。必須投入大量資源來保護量子信息，這大大增加了所需的量子比特數(shù)量。新模型采用兩時期糾錯，一種類型的錯誤（比特翻轉(zhuǎn)錯誤或相位錯誤）可由所使用的硬件防止；另一種類型的錯誤則可經(jīng)過軟件檢測和糾正。這種治理的方式亦有助實現(xiàn)下一代通用量子計算機。

來源：中國科技網(wǎng)