量子机器携手英伟达，能否攻克量子计算纠错难题？

大约一年半之前，量子控制初创公司 量子机器 和英伟达宣布建立深度合作关系，将英伟达的 DGX 量子 计算平台和量子机器的先进量子控制硬件结合在一起。有一阵子我们没怎么听到有关这次合作的成果的消息，但现在它开始取得成果，使行业离纠错量子计算机的圣杯又近了一步。

在今年早些时候的一次演示中，这两家公司表明 他们能够使用在英伟达 DGX 平台上运行的现成强化学习模型，通过保持系统校准来更好地控制 Rigetti 量子芯片中的量子位。

量子机器的联合创始人兼首席技术官约纳坦·科恩指出，他的公司长期以来一直试图使用通用的经典计算引擎来控制量子处理器。那些计算引擎规模小且有限，但英伟达极其强大的 DGX 平台不存在这个问题。他说，终极目标是实现量子纠错。但我们目前还没做到。相反，这次合作侧重于校准，特别是校准所谓的“π 脉冲”，它控制着量子处理器内量子位的旋转。

乍一看，校准可能看起来像是个一锤子买卖的问题：在开始在处理器上运行算法之前对其进行校准。但事情并非那么简单。科恩说：“要是您瞧瞧如今量子计算机的性能，您会发现有一定的高保真度。但接着呢，用户在使用计算机的时候，通常达不到最佳的保真度。它一直在漂移。如果我们能够使用这些技术和底层硬件经常重新校准它，那么我们就可以提高性能，并在很长一段时间内保持（高）保真度，这正是量子纠错所需要的。”

持续近乎实时地去调整那些脉冲是一项极其耗费算力的任务，但由于量子系统总是略有不同，这也是一个控制问题，适合在强化学习的帮助下解决。

“随着量子计算机的规模扩大和性能提升，出现了所有这些成为瓶颈且计算强度极高的问题，”英伟达量子计算集团产品经理山姆·斯坦威克（Sam Stanwyck）说道。“量子纠错确实是一个巨大的问题。这对于实现容错量子计算是必要的，另外还有如何精确施加正确的控制脉冲来充分利用量子比特。”

斯坦威克还强调，在 DGX Quantum 出现之前，没有任何系统能够实现进行这些计算所需的最小延迟。

结果表明，即使在校准方面有小小的改进，也能在纠错方面实现巨大提升。“在量子纠错这一背景下，在校准方面的投资回报呈指数级增长，”量子机器产品经理拉蒙·斯姆克解释道。“如果校准效果提高 10%，那么由众多物理量子比特组成的逻辑量子比特的逻辑错误[性能]就会呈指数级提升。所以这里有很大的动力去做好并快速完成校准。”

值得强调的是，这仅仅是此次优化过程与合作的开端。团队在这里实际做的只是选取了少量现成算法，然后看看哪一个效果最佳（在这种情况下是TD3）。总的来讲，运行实验的实际代码仅有约 150 行。当然，这依赖于两个团队为整合各类系统以及构建软件堆栈所做的全部工作。然而，对开发人员而言，所有这些复杂性均可被隐藏起来，并且这两家公司期望随着时间的推移创建越来越多的开源库，以利用这个更大的平台。

Szmuk 着重指出，就这个项目而言，团队仅仅运用了一个极为基础的量子电路，不过它同样能够推广至深度电路。

他表示：“倘若你能够凭借一个门和一个量子比特达成这一效果，那么你同样能够利用一百个量子比特和 1000 个门做到。”

“我想说，单个结果只是一小步，但这是朝着解决最为重要的问题迈出的一小步，”Stanwyck 补充说道。

有用的量子计算需要加速超级计算的紧密融合——这或许是最为艰难的工程挑战。

所以，能够在量子计算机上切实做到这一点，并以一种不仅针对小型量子计算机予以优化，而且属于可扩展、模块化平台的方式来调整脉冲，我们觉得我们确实正在通过这种途径解决量子计算中的一些最为重要的问题。

斯坦维克还表示，这两家公司计划继续这种合作，并将这些工具交到更多研究人员手中。随着英伟达的布莱克韦尔芯片将于明年面市，他们也将为这个项目拥有一个更强大的计算平台。