quantum-computing - 实现实用规模的量子计算的挑战？

Question

这个问题对很多人都有用。

我们能否整理一份启用实用规模量子计算的挑战清单？

内森·胡

Answer 1

挑战取决于物理架构。选择一个物理实现并查找 DiVincenzo 的哪些标准缺失。这些将是所选架构的挑战。

Answer 2

首先，我应该提一下，当人们说他们想要一台实用规模的量子计算机时，他们可能的意思是他们想要一个可以执行计算并以任意接近 100% 的概率产生良好结果的设备。这可以通过使用量子纠错算法通过不完美的量子比特来实现，但它仍然需要质量相当不错的量子比特（并且按照今天的标准，“体面”是人们所做的最高质量的量子比特）。有一个量子比特质量阈值，高于该阈值使用这些纠错算法变得有用并降低逻辑错误率。低于该阈值，最好希望没有错误并且不执行任何错误纠正。

回答这个问题：““是否有满足 5 DiVincenzo 标准的物理实现？”

一些架构部分实现了所有这些，但没有达到执行纠错所需的水平，因此能够实现实用规模和可靠的量子计算。例如，IBM 和 Rigetti-computing（也许谷歌也是？有待验证）拥有使用超导/电路量子比特的小型量子计算机，但每个单独的量子比特并不是那么好（按照纠错标准），而且几个量子比特的特性是低于量子纠错阈值。这意味着执行计算可能会产生不正确的结果。得到错误结果的概率取决于一系列因素，例如每个单独量子位的相干时间、单个和 2 个量子位门保真度、读出保真度等。

这种小型量子计算机在某种意义上确实执行了量子计算。在量子化学或凝聚态物质（预计将成为量子计算机的杀手级应用程序）中进行有趣的应用还没有达到所需的可靠性。