身体的

量子位比赛

Quantum Computer将仅在开发高性能,快速,坚固且可完善的量子位之后成为现实。几个候选人正在奔跑。更不用说副手从魔鬼扶手中出现。

特里斯坦Meunier for science n°107
本文保留用于科学用户
量子位或qubit

目前的记录是à… 53 et il date d’2019年10月。既不是临时érature extrême en France méTrapolitan或速度(在nœuds) d’une planche à帆船,我们在这里谈论Qubits。加écisément, il s’行动Qubits的数量équipent l’谷歌拥有普罗斯州的量子计算机é avoir effectué计算比最佳传统超级计算机更快。比赛ée在几点上,这个公告’en est pas moins révélatrice d’une course effrénée阿卡斯特争议émiques et privéS,跨国安装ée à la jeune startup.

但是’我们打算qubit吗?学者ématiquement, il s’agit de l’é量子量子D.’经典位。虽然后者可以像0或1一样,qubit播放属性étés éQuantum World Tranges,是0和1的叠加。然后可以是一个qubitésenter deux éTATS,两个QUBITS匹配à quatre…等等,n个qubitéquivalant à 2N éTATS,为53 QBbits’谷歌电脑,超过9 x 1015 états 0 et 1 !

À这个叠加’添加另一个属性été基本量子计算机,L’intrication, un phénomène par lequel les é两个实体的量子tatsés,或更多,如qubits,是ecrélés et donc dé彼此的吊坠。泌联和覆盖物允许并行é巨大的幽灵治疗方法’information, la clé的力量’量子电脑。但是,有问题ème : la décohérenct。与之互动’环境让人失去étés à un systè量子,和这个d’autant plus qu’它包含qubit。 vs.’是对此的比赛à l’量子计算机已啮合éE自二十年以来’années. En résumé, la réalisation d’量子计算机基于控制ôle d’états intriqués s’é大量古迹和公关上的Talantéservation de la cohérence de tels é尽可能长。

今天’惠,最大数量控制数量ôlés est, nous l’avons vu, de l’五十年代的顺序和数量’opérations quantiques réalisées est du même ordre. C’est suffisant pour d’ores et déjà探索一个很大的空间états possibles à la limite de ce qu’可以模拟最佳的传统超级计算机。性能曲线相交和研究QUBBit设计是激烈的。许多候选人有été testéS:原子,离子,摩尔écules, é电子,光子,超导电路。其中,提供最有趣的观点éressantes ?

两种类型’ordinateurs

对于R.é池塘,有两种类型的量子机:那些点é量子处理器né纠正纠正典范D.’可能误差和可能的计算ê我的速度低’错误。在第一种情况下,我们谈论LSQ,因为 宽尺度量子计算机,我们寻求的àPallribe Li错误ées à la décohé但研究人员已经表明了é qu’要执行此操作,为每个Qubit可用于计算的每个Qubit,1,000甚至10,000个物理Qubits!因此很重要努力écessaire pour résoudre le problème de contrôle posé由量子处理器à大量的Qubits。

在第二种情况下,我们正在谈论尼斯,因为 嘈杂的中间秤量子计算机,vs.’est-àIntrm大小的不完美量子计算机éDiere。这次,优先事项é sera une compréhension plus poussée qubits的操作条件,以减少操作期间的错误érations quantiques.

这两种方法都是完整的émentaires et s’autoalimentent à mesure du dé量子处理器的开发。他们是é两者都澄清了组合物理,技术和计算机科学的多学科努力。多样性é计算前景假定Prérequis diffé在平台水平expé高傲,可能导致à reconsidé一个平台可以的概念ê普遍的。要更清楚地看,可以制定差异的全景é比赛的平台,他们的优势和限制,以了解他们为什么可以拥有rôle à jouer à或多或少长期。

L’élaboration d’量子计算机需要单独读取Qubits,从控制ô它们在潜在的INT设备中的互动égrable à plus grande échelle。在无数的系统中è我的物理或化学和治理方式és par des propriétéS Quantums,那些用PR实现这些目标的人é足够的cision很少见,并且c’est à他们是我们intéresserons ici. Précisions que cette sélection n’est valable qu’à un instant donné, aujourd’仍然依赖我们的知识,仍在建设中’量子电脑和我们的电容器é à contrôler les systèmes quantiques. Le mê几年锻炼身体ées可以开车à une liste différente.

选择的退出在性能和g方面是显着的éomé排序,和谐éristiques liées à des paramè非常物理和技术,就像OP的速度和稳健性一样é量子口粮,qubit的有效尺寸,可变性é des paramèQubit的功能非常正常… et aucun n’是赋予的基本时刻’量子电脑。

超导体的方式

速度的速度’opé对它显然很重要,因为它étermine la rapidité量子处理器。如果它成为CL因子é,那么今天最明智的选择很清楚’惠:SupraceConductor Qubits的Mise,C’est-à-dire dépourvu de résistance électrique à basse température. L’é这些物品的奇怪开始了é40多年前各种expériences ont montré最简单的超导电路的全局量子行为:Josephson结。这élément est constitué de deux é超导电极S.éparé通过绝缘苗条é可以通过成对的隧道效应访问的电力’é电子(比如说)。冷却à des températures d'大约20毫克,电路àJosephson Junction表现得像人工原子à deux éTATS可能,PRérequis pour être un qubit.

 

超导体qubit.

其九个地板QUBT中的超导电路容纳。

©Julian Kelly.

 

迅速é d’opé超导Qubits R的ré拍摄他们的大小。相反’autres systèmes, ils sont formés d’大量的粒子élémentaires, les électrons, qui se dé没有消除的地方’é在几百微米电路中的氮虫。超导Qubits的大小使得可以将它们耦合到探针和激励né控制所必需的ô并授权处理时间érieur à la microseconde. À l’origine, les propriétém宏观似乎是rédhibitoires pour élaborer des systèmes très résistants à la décohérenct。但是,努力éployé为了了解和我é改善他们的绝缘Vis-à-vis de l’环境使Supr导电电路有效’autres systèmes fondés在粒子上élé个人,精华更多孤立és de l’environnement.

这项工作最初été menéS在Acad Laboratoriesémiques, puis plus ré在R实验室&D大型工业团体或初创企业。 vs.’est d’在谷歌使用的技术中,证明了复杂和同时的操纵é在几十个超导Qubits上é尽可能多。此外,第一协议的校正协议’在这些系统中实现的量子误差èmes.

这种类型的qubit是系统ème le plus avancé sur le marché量子机。他还有’在比赛中的优势朝着大量的大数字’施加校正码的路径’错误,依靠制造精心制造的技术éprouvées. Cependant, les défis à提高许多。所以,à courte échéance,fid方面的前景élité d’opération à plus grande éChelle仍然是一个开放的问题,我们仍然不知道这些系统是否存在è我的宏观不会患有内联èques. Ces dernières不包括李ées à leur température d’opération qui, à20 Millikelvins,是最寒冷的。李限制ées à la dissipation d’énergie généréE通过控制信号ô将变得越来越重要à随着Qubits的数量将增加。À très grande échelle, l’instabilité这些超级导电额度将是主要的障碍à franchir pour espérer les contrô和他们很酷。

NISQ和P.érils

碍’不完美量子计算机(NISQ),FIDélité des opé在Qubits上是一个参数è很重要。实际上,越少’错误,加上系统è我没有修正’erreurs pourront résoudre des problè我用较少数量的Qubits计算。然后,选择将参考Qubits背景és在粒子上élé更具体地è超曲面环境中的那些,如离子或中性pi原子égés在真空下éseaux optiques. 目前的记录是à 20 atomes piégés intriqués.

 

捕获离子的量子(qubit)位。

锶离子 (中心的小点,出现荧光ît aprèS 30秒的姿势时间) a été piégé在两个之间的超外壳中é电极。这样的离子pi.égéS可以构成Qubits。

©D. Nadlinger.

 

 

艾菲尔3D塔包括几十多个

如果您可以单独控制它们,中性原子将是良好的贵族符号。这是一个由一些原子组成的三维埃菲尔铁塔的情况:第一步朝着具有数百个Qubits的量子计算机设计。

©研究生院光学研究所,CNRS

 

粒子élémentaire est un é电子结构的电子包括’旋转方向(片刻CINétique intrinsèQuantum本质上)构成’état quantique que l’on manipule grâce à激光。离子和原子étant isolé在void中,这种类型的Qubit提供了COH的时间é最长的’数十分钟的顺序。他们留下了é受到长时间操纵时间的限制’最慢的毫秒顺序é。努力’ingé今天的熊熊熊’hui sur l’accélé量子处理器的配给。与超导Qubits相比,原子Qubits有’工作的优势à tempé环境易变化。我们可以é也互动几个qubità两者,均以展开的透视’optimisation des séquences d’opérations quantiques né计算所必需的。

L’avenir de ces systè我依靠男人的工作éS在Acad Laboratories内é在初创企业(IONQ,高山量子技术,霍尼韦尔,PASQAL)。’agira surtout de dé开发操作技术也提前了é在控制方面ôle simultané que celles utilisé对于Supractive Qubits。也会留下来à passer à plus grande échelle,努力é更困难à é仅适用于系统èmes de matière condensée.

硅的复仇

APRUMèS速度和FIDélité des opérations mené在Qubits上,D中的另一个关键点éveloppement d’量子计算机R.é方面的可能性é des très grandes é钟表(LSQ),AU-LEDà百万QUBITS。有希望的轨道来自côté量子半导体电路中的旋转QUBITS。 L.’élément de base est un é电子各个pi.égé é在半导体结构中静电,élément de base de l’é现代电子雕刻à volonté所看到的潜力é电子。硅是垫子é最多的C半导体RiauélèBRE,它是在传统计算机的大多数微处理器中找到的。另外,这élé表现得像一个void magé旋转旋转是什么科è吉尼有效地旋转é电子干扰ext.érieures.

具有微米尺寸équbit的退出,促进其操纵,以及电容és de la filière de la microé电子硅电子,这项技术有很多’纸上的资产’une intégration à grande échelle. D’这远远超过所有操作érations élé量子计算可访问,而FIDS可访问élitéS和OP的速度é口粮正在参加约会。 vs.’是显着的,至于où les premières dé在硅的Qubit Monstrations从八年中的日期。

 

但是,这些优点是méritent d’être renforcés de sorte que l’我们可以超越à de deux qubits, l’état de l’这项技术的艺术。许多’acteurs du domaine s’使用,无论是Acad LaboratorieséR.的服务&D d’entreprises installéES(英特尔)或启动(硅量子计算,等于1)。请注意,对于此技术,符合ingsénieurs, en l’occurrence en microé电子,超越à de ce qu’我们可以观察到其他系统è我的比赛是因为nécessité de s’折腾éprouvées de la microélectronique pour amé提高Qubits的表现。

和lumi.ère fuse

我们拥有的Qubits类型écrits sont fondés在大规模的粒子上和来自fa的工作çon très类似:它们很容易à比较。他们构成了伟大的伟大é des systè我的量子计算候选人à l’特别光子的显着例外és, que l’我们长期以来一直叫我们用pr制作和操纵écision. Dans l’探索这条道路,差异érences principales ré在自然界é光学光子的狂想和难度é à互动两个光子。第二个Propri.été fait écho au caractère très isolé光子可能使系统成为系统è个人量子最多的COHé免疫误差。这些特殊性éS请勿使使用的协议不适用és用于大规模粒子où le caractère déterministe de l’现有Qubits之间的交互长时间是必不可少的。他们推了一下é la communauté à dé开发SP协议é光子和à特别是增加光子的数量nécessaires pour dé完成一个qubit。它们是基于d的设计étecteurs à光子和来源’états intriqués trè有效。 Acad Laboratories的重要研究努力é比在初创企业中(Lance,Psiquantum),是今天’hui consacré pour amé提高这些砖块的性能élémentaires.

 

不同类型量子位的比较特征(QUBITS)

qubit.s的性能基于一些基本特征进行比较。从物理的角度来看,关键参数是Qubit的有效尺寸,面临计算误差的鲁棒性和量子操作的速度。技术顺序的其他特征主要是与大规模通道相关的:连接才能在单个操作中使逻辑门对几个量子位,可变性(种子频率)评估部署以校准Qubits的努力最后的操作温度。对于每个,指示缠绕Qubits数量的记录。

 

这个方向一个重要的一步été franchi ces dernières années avec des expériences quantiques à在硅光子电路中的几个光子。但是第一ères démonstrations lié可行的议定书à plus grande échelle仍然是预期的,他们将不得不être confronté定量对量子计算的要求。到达à se pré符合光子的局限性可能导致à l’émergence d’un système très cohérent avec peu d’错误,迈向有效的NISQ机器的重要一步。

 

很多平台都是éveloppent et prétendent à竞争qubit idéAL进行量子计算。他们是港口é阿卡世界球员é梅里克和工业。比赛是推出的ée, mais aucun systè我似乎拿走了’avantage, aucune échappée n’apparaît. On peut mê想象一下多样性é量子计算应用程序将如此重要’elle rendra nécessaire l’utilisation de diffé具有属性的平台été单独的物理和技术。并且记录的退出数量会失去一点点意义…

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