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【QC科普】實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的效率保證——全連接

國儀精測 2023-12-18 | 閱讀：674

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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太復(fù)雜,。

當(dāng)前，多數(shù)量子計算技術(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,。

如果希望量子計算機(jī)的運行和人們?nèi)粘９ぷ饕粯樱總€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,，而無需借助中間量子比特,。

離子阱量子計算是當(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題，從而高效利用量子比特有限的相干時間,。

量子計算,，全連接很重要
QUANTUM COMPUTING

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

而在量子計算中，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,，這對于實現(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，那就像兩個人無法直接說話,，需要其他人層層傳話,，既浪費資源，效率低下,，傳話中還容易發(fā)生錯誤，使得信息被曲解或者丟失,。

更致命的是,，在經(jīng)典計算機(jī)中，不同模塊之間效率低下的通信可能只會導(dǎo)致計算速度下降,，但對于量子計算機(jī)來說,，低效的計算通信可能會直接導(dǎo)致計算無法完成。

這是因為,，量子計算機(jī)中的量子比特非常脆弱,，很容易受環(huán)境影響，”壽命“有限,。每一次計算必須在有限的壽命（相干時間）內(nèi)完成,，否則量子比特內(nèi)的信息就會丟失，計算結(jié)果發(fā)生錯誤,。

所以,，如果量子計算機(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)行計算,，這種量子計算機(jī)在同樣比特數(shù)下就具備了執(zhí)行更復(fù)雜算法的能力,，加速大規(guī)模的通用量子計算的到來。

ION I離子阱量子計算機(jī)的真空腔與阱系統(tǒng)

助力高效計算,！離子阱量子計算的全連接特性

目前,，主流的量子計算技術(shù)路線中,，只有離子阱量子計算和中性原子量子計算路線能夠方便實現(xiàn)全連接。其中,，中性原子量子計算的相互作用隨距離衰減很快,，只能在小范圍實現(xiàn)全連接。而離子阱量子計算通過先進(jìn)的光控技術(shù),，可以利用任意兩個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算的獨特優(yōu)勢,。

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