美研究人员开展两种量子计算机的首次实验对决

美研究人员开展两种量子计算机的首次实验对决

2017年2月21日，《科学》杂志网站报道了美国马里兰大学物理学家克瑞斯·门罗等研究人员开展的首次量子计算机对决，研究论文《两种量子计算架构的实验对比》已发表于预印本网站arXiv上。

两台计算机分别来自马里兰大学和IBM公司，前者是使用五个镱离子的ionQ量子计算机，以电磁阱和激光进行操纵；后者以五个超导金属环路为核心的可在线编程量子计算机，通过微波信号操控。研究人员使两种完全不同技术类型、但均拥有5个量子比特的量子计算机运行相同的量子算法，进行硬件性能对比。

在实验中，门罗团队让每台量子计算机运行了一系列标准算法，然后进行比较。结果，IBM超导计算机运算更快，在250到450纳秒内就能完成双量子操作，是离子计算机的1000倍。但在可靠性方面，马里兰ionQ量子计算机略胜一筹。在一项特别任务中，ionQ成功率达到77.1%，而IBM超导计算机只有35.1%。业内人士分析认为原因在于连接方式的不同，ionQ使用的量子比特全部两两互联，更能实现信息共享；而IBM的4个量子比特与另一个中心量子比特分别相连，必须通过一个中央端口交换信息，这一过程可能导致精细而脆弱的量子状态受到破坏。

研究论文指出，虽然目前的量子系统还不够强大，无法匹敌常规架构的计算机，但本实验揭示了量子计算机未来发展需要解决的重要问题，如量子比特连通性与门表达性。此外，实验结果也显示，为特定的硬件架构设计专有优化的量子应用是未来量子计算机成功的最重要因素。来自Microsoft的研究员克瑞斯特·斯沃尔（Krysta Svore）表示，这种“比赛”对于了解特定结构组成如何影响量子计算机性能具有积极意义，可帮助开发者找到优化算法的突破点，是量子计算机展开“交流”的第一步。