我们拥有量子计算机——现在亚马逊和哈佛想要量子互联网

计算和研究领域的两大参与者正在努力为未来的量子互联网奠定基础。

亚马逊网络服务 (AWS) 正与哈佛大学合作，测试和开发将量子技术联网的策略。双方今天宣布了合作，这是 AWS 在其同时开发的量子计算机之间建立通信通道的目标的延续。

在为期三年的研究联盟期间，亚马逊的资金将支持哈佛大学专注于量子存储器、集成光子学和量子材料的研究项目，并帮助升级哈佛大学纳米系统中心的基础设施。

AWS 量子技术总监 Simone Severini 在一份声明中表示：“量子网络是一个非常特殊的研究领域，与量子计算相比，它需要不同的关注点。”要表现出叠加或纠缠等奇特的量子特性，物体必须非常小或非常冷。目前正在测试的量子网络使用光子或光粒子来远距离传递量子态。

这并不是亚马逊首次为其量子项目寻找学术合作伙伴。去年 10 月，AWS 宣布将入驻加州理工学院，建立亚马逊网络服务量子计算中心。在加州帕萨迪纳基地，亚马逊和加州理工学院正在设计和建造一台“容错”量子计算机。

量子计算机是一种很有前途的方法，可用于执行诸如优化材料设计或在数据库中搜索等特定任务。这是由于量子位（量子存储器的基本单位）具有独特的特性，例如叠加，即同时为零和一的能力，以及纠缠。然而，量子位极其敏感，很容易受到环境噪声的干扰，导致它们失去其特殊属性。这些量子位的稳定性以及其他因素限制了在某个系统上可以进行多大的计算。目前，AWS-Caltech 团队正在原型级开发小型纠错系统，这些系统正在逐渐成为更可靠的机器。

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AWS 正在使用带门的超导电路来制造量子计算机的处理器。但这种方法在材料方面面临巨大挑战。大部分噪声和缺陷都存在于量子处理器上各种基板之间的界面上。

AWS 量子硬件总监奥斯卡·佩恩特 (Oskar Painter) 表示：“每次操作门时，我们目前在物理硬件层面遇到的错误率都处于 1% 或 0.5% 的水平”，这个错误率实在太大了。

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为了获得更好的效果，并降低噪音，这些硬件材料的设计和制造需要进行优化，类似于微电子领域对微芯片的改进。

此外，为了改进量子计算机，该团队需要找到巧妙的方法来配置量子门。这就是“纠错”概念的由来。“门是我们用来执行逻辑的基本单元，就像在传统计算机中一样，你有一个晶体管来实现某种“或”或“与”门——量子计算机也有类似的模拟，”Painter 说。“纠错涉及采用物理硬件，[和] 对其进行编程以形成逻辑量子位。”这些将由物理量子比特块组成，这些物理量子比特块被编程为执行逻辑运算。“这些逻辑量子位由于冗余和其他设计到其中的特殊属性而更能免受噪声的影响，”Painter 指出。

对于亚马逊来说，他们希望能够在研发量子计算机的同时，研究和开发支持量子计算机的基础设施。最新的合作是一种尝试建立一个能够连接这些机器的初步网络的方式。除了与哈佛大学合作开发量子网络外，AWS 量子网络中心的研究人员还在研究如何设计更好的量子内存技术，以便为量子网络提供新的硬件、软件和应用程序，从而“连接和放大单个量子处理器的功能”。

亚马逊和哈佛并不是唯一对量子互联网感兴趣的公司。今年夏初，芝加哥及其周边地区的一个机构联盟推出了一个 124 英里长的量子网络，用于测试发送量子信息的方法。美国政府还表示，它将继续致力于推动量子信息科学领域的各种技术发展。