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亞馬遜網絡服務公司（AWS）周四推出了基于“貓態量子比特”的量子計算芯片“豹貓”（Ocelot）。

這個與貓有關的名字源自埃爾溫·薛定諤著名的思想實驗。在該實驗中，一只貓被關在一個裝有裝置的盒子里，一小時后，這個裝置有同等概率殺死或不殺死這只貓 。

這個假設場景的核心在于闡釋量子系統的不確定性——在盒子打開之前，對于外部觀察者來說，這只貓處于既死又活的狀態。同理，一個量子系統在被測量之前，會以所有可能的狀態存在。

這種類比也適用于量子計算領域，它（量子計算）在同一時間既充滿生機又毫無進展。

除非你談論的是量子退火（D-Wave 商業化的一種特殊形式的量子計算），否則目前沒有人真正將通用量子計算技術用于生產工作負載。但亞馬遜、谷歌、IBM 和微軟等大公司相信這是有可能的——總有一天。這是量子云的夢想之地：如果你計費，他們就會計算。

微軟上周展示了其Majorana 1 量子計算芯片，并宣稱其拓撲量子比特有望在幾年內（而不是幾十年內）實現實用的量子計算。人們對這家 IT 巨頭的說法仍有一些懷疑，但為了繼續討論，我們先假設它確實存在。

量子比特只是具有狀態的量子力學系統（涉及原子粒子），因此有多種形式。拓撲量子比特基于材料（特別是馬約拉納粒子）的拓撲特性（元素的組織或連接方式）。光子量子比特基于光的量子特性，如偏振和相位。AWS 目前提供一個名為Braket的量子計算研究平臺，該平臺基于捕獲離子量子比特。

現在，AWS設計出了貓量子比特，它代表玻色子（光子）振蕩的狀態——振幅和相位的變化。因此得名 Ocelot。

AWS的Ocelot量子芯片特寫 來源：亞馬遜

這家網絡巨頭表示：“貓量子比特使用具有明確振幅和相位的類經典狀態的量子疊加來編碼量子比特的信息。”

貓量子比特的吸引力——除了可愛的術語帶來的營銷優勢之外——還在于它們有助于糾正錯誤。

亞馬遜解釋說：“增加振蕩器中的光子數量可以使位翻轉誤差的發生率呈指數級減小。這意味著，我們不必增加量子比特數，只需增加振蕩器的能量，就可以使糾錯效率大大提高。”

目前，糾錯是量子計算的主要障礙。量子比特對各種潛在干擾（熱、電磁、地震等）都很敏感，需要數量級更多的物理量子比特（體現在硬件中）來糾正用于編程的邏輯量子比特。因此，容納預計的糾錯容量所需的空間將非常大——我們說的是飛機庫。

亞馬遜在《自然》雜志的一篇論文中聲稱，Ocelot 在糾錯方面表現得特別好。它是一款原型量子計算芯片，由兩個集成硅微芯片組成，每個芯片面積約為一平方厘米。芯片有一層超導材料，形成量子電路元件，由 14 個核心組件組成。這些包括：五個數據量子比特（貓量子比特）、五個緩沖電路和四個用于錯誤檢測的量子比特。Ocelot 的振蕩器由超導材料鉭制成。

加州理工學院理論物理學教授、亞馬遜學者 John Preskill表示：“今天，《自然》雜志公布了加州理工學院 AWS 量子計算中心開發的新量子芯片 Ocelot 的測量結果。雖然還有很長的路要走，但我們希望 Ocelet 獨特的架構將縮短通往造福世界的量子實用性之路。”

IDC 量子計算研究經理 Heather West 表示，很難說 AWS 的 Ocelot 是否能夠在未來五年內幫助量子計算具有商業意義。

“就 Ocelot 而言，我認為它是一種進步，”West 說道。“我們目前正開始看到從討論量子比特數量轉向更高質量的量子比特和糾錯的轉變。

“通過這次轉變，我們首先使用軟件來盡量減少一些錯誤——無論是錯誤緩解還是錯誤抑制——然后我們進行了邏輯量子位討論——我們仍然在那里——但現在我們正在討論強化量子位本身，以便立即減少一些錯誤。”

然而West表示，仍有許多問題尚未解答。

她解釋道：“亞馬遜在新聞稿和文章中指出，他們將其視為一種可擴展的架構，但實際上并沒有展示他們計劃如何擴展它。”

“對于超導芯片，你需要為每個量子比特提供輸入和輸出線路。隨著這些線路的擴大，[系統]顯然也會呈指數級擴大。因此，這會導致尺寸和占用空間。”

West還指出，涉及超導時，錯誤率很高。

“盡管他們談論的是比特翻轉，但你仍然需要擔心相位翻轉和那里的錯誤。然后你必須討論進入系統的任何其他噪音。因此，討論糾錯量子比特是一個很好的第一步，但我認為可能還有很長的路要走。這需要多長時間才能實現？我仍然認為我們談論的還是幾年后的事情。”

編譯自The Register