激进量子计算理论或造就超强机器

物理学家为量子计算机创建了一个新模型，该模型能够更轻松地扩大量子计算机的规模，并使其比以前想象的更强大。

5 月 21 日发表在《PRX 量子》杂志上的一项研究中概述的新理论提出，将量子计算机的基本组成部分——量子比特在远距离连接起来，使其能够像单个超级强大的机器的一部分一样工作。

在经典计算中，位以 1 或 0 的二进制状态按顺序处理数据，而量子计算使用量子比特（依赖于量子力学定律）以 1 和 0 的叠加态对数据进行编码。这意味着数据能够同时处于两种状态进行编码。每个量子比特以给定的频率运行。

然后，这些量子比特可以通过 量子纠缠 拼接在一起——在这种情况下，其数据会跨越时间或空间的巨大间隔相互关联——从而并行处理计算。量子比特纠缠得越多，量子计算机的能力就会呈指数式增长。

纠缠的量子比特必须具有相同的频率。但该研究提议给它们提供“额外”的工作频率，以便它们在需要时能与其他量子比特产生共振或者独立工作。

如果有足够的纠缠量子比特，未来的量子计算机能够在短短几秒钟内完成经典计算机需要数千年才能完成的计算。但要达到这种“量子霸权”的状态，就需要一个拥有数百万个量子比特的量子处理器，然而 当今最强大的仅有 1000 个量子比特。

但是，保持纠缠量子比特之间的稳定性以处理数据是困难的，并且需要复杂的电子设备。在量子计算机中增加量子比特的数量，让其强大到足以超越 当今最强大的超级计算机，这也是一个主要障碍——因为还需要扩大这种复杂的电路。

但科学家们提出，通过为每个量子比特提供额外的频率，他们可以让它们协同工作以处理计算，就好像它们是单个量子计算机的一部分，尽管它们可能相隔甚远。这意味着，你可以使用几个相互连接的较小量子处理器，而非一个难以维护的大型量子处理器。

“量子计算机中的每个量子比特都在特定频率下运行。要实现量子计算机特有的功能，不仅要能凭借不同的频率单独操控每个量子比特，还要能通过匹配频率来连接成对的量子比特，”该研究的主要作者、罗德岛大学量子信息助理教授 瓦妮塔·斯里尼瓦萨 在一份 声明 中说道。

科学家们称，通过施加振荡电压，能够为每个量子比特生成额外的频率。这样一来，就可以利用新产生的共享频率把多个量子比特连接起来，而无需匹配它们的原始频率。接着，量子比特能够连接在一起，同时还能凭借其原始频率单独被控制。

“这种扩展方式类似于用固定大小的乐高积木搭建一个更大的系统，这些积木如同单个模块，接着使用足够结实的较长部件把它们连接起来，从而在外部影响断开连接之前，能在足够长的时间里维持积木间的连接，”斯里尼瓦萨在声明中说道。

该模型的目的在于克服科学家未来在扩大量子处理器规模过程中将会遭遇的挑战。

这些通常由半导体制造而成，并运用数十亿个微小的晶体管，这些晶体管能够被用来制造紧凑的量子比特。

然而，科学家们指出，仅仅在量子处理器里增添越来越多的量子比特，终有一天是行不通的。

借助新模型，研究人员认为未来的量子计算机将以模块化的方式被建造——量子处理器中的量子比特阵列较小，且通过强大且远程的纠缠链路相连接。这将使它们比利用我们现今所拥有的技术更强大，计算速度也快得多。