近日，IBM发布了其最新的量子芯片和量子计算机，紧接着哈佛大学也公布了一项重大发现，这似乎预示着通用型量子计算机的实现指日可待，标志着人类文明步入一个新的纪元。
这项发现的意义不容小觑，哈佛大学甚至在其研究论文摘要前特别声明，为了让公众更快了解研究成果，提供了未编辑的手稿，但提醒读者存在的错误可能会影响内容理解，并且所有法律免责条款仍适用。
IBM与哈佛大学的量子突破
12月4日，IBM发布了一款含有1121个量子比特的“秃鹰”量子芯片，实现了量子比特数量的重大突破。然而，这可能仅是IBM第二代量子芯片的最后辉煌。同日，IBM又发布了第三代量子芯片“鹭”，尽管体积仅为133个量子比特，但其性能远超前代，错误率降低5倍，且可以相互串联，构建模块化量子计算机。IBM认为，像上一代电子计算机的出现一样，人类正处于量子计算机诞生的前夕。
而在三天后，哈佛大学提出了一项新技术，能够将280个量子比特转换成48个逻辑比特，意味着其量子计算机的性能已增加四倍以上。
这是一个划时代的进步！它预示着人类可能很快能开发出更快的疫苗，准确预测天气，甚至可能轻易破解当前政府和银行等机构使用的所有加密协议，无论是社会安全密码还是国家机密，都可能无所遁形。
解决量子错误的挑战
要理解这些成就，必须先弄清楚量子错误校正的概念。尽管量子芯片已经达到了百个甚至千个量子比特，但它们非常脆弱，最小的温度变化或原子间的晶格振动都会导致退相干。在大多数情况下，量子比特在开始运行之前就已失败。因此，科学家们一直在寻找延长量子比特相干时间的方法。目前的量子比特已能在微秒到毫秒级时间内完成一系列操作。
然而，要构造出能执行复杂计算的量子计算机，光靠这些还不够。科学家们的另一个重要任务是在退相干发生前完成量子比特的计算。他们尝试制造更多量子比特，保持相同状态，并重复实验。即使部分比特失效，也能通过其它部分得出正确计算结果。
所谓的逻辑量子比特，由多个硬量子比特或实体量子位元组成，用于执行可靠运算的错误修正技术。因此，量子比特的数量并不是最关键的，关键在于纠错能力。懂得纠错的人，才能主导这个新时代！
目前的挑战在于，使用现有的错误校正算法会浪费大量物理比特。IBM新推出的量子计算机“康多尔”拥有1121个量子比特，但即使使用现代纠错算法，也只能构建一个量子比特。因此，IBM研发了一种新的、更高效的纠错技术，据称仅需100个物理比特就能构成一个逻辑比特。这意味着“康多尔”拥有10个逻辑量子比特，足以完成真正的量子计算。如果“鹭”的纠错能力比第二代芯片“鹰”强五倍，那么133个物理量子比特可能只相当于几个逻辑比特。
哈佛的突破性进展
12月6日，《自然》杂志上刊登了哈佛大学的一篇研究报告，介绍了他们使用精密低能激光束（业界称为“激光镊子”）来操控单个原子，创造出更高效率的“量子电路”。他们通过激光将能量注入选定原子，使其进入高激发态的里德伯态。在这个状态下，原子间相互作用变得更加容易，形成特殊的量子纠缠关系。
科学家们通过控制激光的开关，调整原子间的相互作用模式，构建能够更稳定、更精确计算的特殊量子比特。如果测量结果显示原子状态错误，研究小组会用激光束进行修正，确保其达到正确状态。
哈佛团队的方法极其有效，仅用280位物理位元合成出48位逻辑量子位元，其错误修正效率比现有技术高出200倍，甚至超过IBM研发的技术20倍！哈佛科学家Mikhail Lukin在一次采访中表示，这是首次真正意义上实现了基于逻辑量子比特的运算，这将极大加快量子计算机的发展。
48比特的量子计算机将带来前所未有的运算能力，10个逻辑比特对应2^10，即1024个状态，而48个逻辑比特对应2^48，即280万亿个状态。科学家估计，将哈佛的电脑扩充到286个逻辑量子比特，就能模拟青霉素分子的复杂结构，模拟蛋白质折叠并优化交易策略将变得更简单。如果达到1000个逻辑位元，将能在数分钟内根据病例制订治疗计划。达到4000个逻辑量子比特，则能破解所有收集到的数据，包括社保号和国家机密。因此，美国正急切地想要在2024年前将量子加密算法引入国家安全。
哈佛大学在量子计算上的突破性进展可能很快会实现，我们即将见证这一历史性时刻。
哈佛论文：Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays
陆建国
我们要加快速度呀，一旦美国出来量子计算机，那是全世界的悲哀，到时美国可以破坏我们的银行系统，军事系统等，在全世界明强了。