亚马逊首款量子芯片Ocelot发布，量子纠错成本降低90%

继(jì)谷(gǔ)歌(gē)、微(wēi)软(ruǎn)发(fā)布(bù)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)芯(xīn)片(piàn)之(zhī)后(hòu)，亚(yà)马(mǎ)逊(xùn)也(yě)在(zài)近(jìn)日(rì)发(fā)布(bù)了(le)自(zì)家(jiā)的(de)第(dì)一(yī)代(dài)量(liàng)子(zi)计(jì)算(suàn)芯(xīn)片(piàn)Ocelot，首(shǒu)次(cì)实(shí)现(xiàn)了(le)可(kě)扩(kuò)展(zhǎn)的(de)玻(bō)色(sè)子纠错架构，量子纠错成本可降低90%。

据了解，Ocelot芯片由亚马逊AWS量子计算中心与加州理工学院联合研发，核心技术在于采用“猫量子比特”（Cat qubit）架构。这一命名源自“薛定谔的(de)猫(māo)”思(sī)想(xiǎng)实(shí)验(yàn)，其(qí)核(hé)心(xīn)是(shì)利(lì)用(yòng)超(chāo)导(dǎo)微(wēi)波(bō)振(zhèn)荡(dàng)器(qì)的(de)量(liàng)子(zi)叠(dié)加(jiā)态(tài)存(cún)储(chǔ)信(xìn)息(xi)。与(yǔ)传(chuán)统(tǒng)的(de)transmon量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)不(bù)同(tóng)，猫(māo)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)通(tōng)过(guò)增(zēng)加(jiā)振(zhèn)荡(dàng)器(qì)中(zhōng)的光子数，使位翻转错误率呈指数级下降，同时通过重复编码抑制相位翻转错误。

亚马逊AWS量子硬件总监奥斯卡·佩恩特认为，目前最大挑战不仅是构建更多的量子比特，还在于使之可靠工作。制造实用的量子计算机需要将量子纠错放在首位。所以，Ocelot从设计之初就将纠错融入系统架构，通过材料优化和电路创新，使纠错效率提升与硬件成本下降形成正向循环。

亚马逊表示，量子计算机对环境的微小变化或“噪声”极度敏感，像是振动、温度变化、手机的电磁干扰，甚至是来自外太空的宇宙射线等，都可能使量子比特脱离量子态，导致量子计算出现误差。因此，量子计算机十分依赖量子纠错技术，既通过将量子信息以“逻辑量子比特”形式编码至多个物理量子比特中，将量子信息与环境干扰隔离开来。

当前Ocelot芯片仍处于原型阶段，包含5个猫量子比特和4个辅助比特，主要验证量子存储与纠错功能。亚马逊计(jì)划(huà)下(xià)一(yī)步(bù)扩(kuò)展(zhǎn)至(zhì)更(gèng)多(duō)量子比特，实现逻辑门操作，并探索与表面码等纠错技术的结合。

佩恩特指出：“因为纠错所需的资源大幅减少，未来根据Ocelot架构构建的量子芯片(piàn)的(de)成(chéng)本(běn)可(kě)能(néng)只(zhǐ)有(yǒu)现有方案的五分之一，将最多提前五年制造出实用量子计算机，并在十年内实现有实用价值的量子计算。”研究团队估计，利用Ocelot开发成熟量子计算机所需的资源仅为标准量子纠错方法的十分之一。