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【QC科普】实现大规模量子计算的效率保证——全连接

更新时间:2023-12-25      点击次数:816

Q什么是全连接?全连接意味着什么呢?

想象一下,在工作中,如果你只能和工位边上的同事单线联系,那你俩所能处理的工作就不会太复杂。

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当前,多数量子计算技术就与此类似,只有物理上彼此相邻的量子比特才能进行交互。

如果希望量子计算机的运行和人们日常工作一样,每个人可以直接和任一同事交流沟通,而不借助中间人,则需要量子比特具备全连接(Full Connectivity )的特性。

全连接意味着任何量子比特都可以与任何其他量子比特直接交互,而无需借助中间量子比特。

离子阱量子计算是当前少数能够实现量子比特全连接操控的技术路线之一,其能以更少的步骤解决问题,从而高效利用量子比特有限的相干时间。

 

量子计算,全连接很重要
QUANTUM COMPUTING

量子比特是量子计算的基本信息单元,只有当足够数量的量子比特相互协作时,量子计算机才能发挥其颠覆性的并行计算能力。

而在量子计算中,我们经常需要让不同的量子比特之间进行相互协作,以执行特定的计算任务。

全连接提供了直接的通信路径,使得我们可以更容易地在量子比特之间传递信息,这对于实现一些量子算法非常关键。如果量子比特之间不能直接交流,那就像两个人无法直接说话,需要其他人层层传话,既浪费资源,效率低下,传话中还容易发生错误,使得信息被曲解或者丢失。

更致命的是,在经典计算机中,不同模块之间效率低下的通信可能只会导致计算速度下降,但对于量子计算机来说,低效的计算通信可能会直接导致计算无法完成。

这是因为,量子计算机中的量子比特非常脆弱,很容易受环境影响,”寿命“有限。每一次计算必须在有限的寿命(相干时间)内完成,否则量子比特内的信息就会丢失,计算结果发生错误。

所以,如果量子计算机具备全连接的特性,那么量子比特之间就能互相高效的通信并进行计算,这种量子计算机在同样比特数下就具备了执行更复杂算法的能力,加速大规模的通用量子计算的到来。

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ION I离子阱量子计算机的真空腔与阱系统

 

助力高效计算!离子阱量子计算的全连接特性

目前,主流的量子计算技术路线中,只有离子阱量子计算和中性原子量子计算路线能够方便实现全连接。其中,中性原子量子计算的相互作用随距离衰减很快,只能在小范围实现全连接。而离子阱量子计算通过先进的光控技术,可以利用任意两个量子比特之间的相互作用做到量子纠缠,达到全连接的控制效果。这也是离子阱量子计算的独特优势。

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国仪量子的ION I离子阱量子计算机使用被束缚的离子作为量子比特。在ION I中,离子可以通过离子共享的振动模式来传递信息,哪怕彼此并不相邻,甚至间隔较远。ION I实现了任意两个离子间的信息互连互通,让量子计算更加灵活,极大的提高了计算效率,为解决一些复杂问题提供了可能性。

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准备交付中的ION I离子阱量子计算机