美國 NSF 撥款 US$37.50 million 助耶魯大學研發實用量子電腦

美國國家科學基金會（NSF）向一個由耶魯大學領導、橫跨多個學科的研究團隊，批出 US$37.50 (約 HK$292) million）的研究經費，用以由零開始設計兼具實用性及自我修正能力的量子電腦。研究人員指出，量子電腦若要可靠運作並投入實際應用，必須能夠以比錯誤產生更快的速率偵測並修正錯誤，這是當前量子計算領域最迫切需要突破的技術瓶頸。

擔任新成立中心總監的應用物理學教授 Robert Schoelkopf 表示：「現階段，錯誤修正是量子計算能否真正發揮作用的關鍵科學及工程挑戰。透過這個項目，我們希望從根本上理解令量子電腦更易製造、更可靠運作的科學及工程原理，並從整個技術堆疊的各個層面提出新構思，使錯誤修正及容錯機器的實現變得更可行、更高效、更貼近實際應用。」

量子計算的主要挑戰

這項為期五年、總值 US$37.50 (約 HK$292) million）的研究計劃，匯聚了來自耶魯大學及多所合作院校的物理學家、工程師、計算機科學家及化學家，共同攻克量子計算的最大障礙——錯誤修正——並為構建足以應付現實應用需求的可靠機器開闢路徑。團隊將啟動一項名為「NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction」（簡稱 NSF

PRACTIQAL）的新計劃，作為一個跨院校協作中心，集中推進相關研究。

NSF PRACTIQAL 的目標是在量子電腦的每一個層面取得進展，涵蓋由物理量子位元（qubit）、控制電子電路，以至演算法執行方式等各個環節。Schoelkopf 進一步解釋：「除了物理學家之外，我們同時引入工程師及計算機科學家，目的是要深入理解裝置背後的物理原理及所產生的錯誤模式，然後針對性地優化錯誤修正編碼及演算法，使之與硬體特性互相配合。」

探索擦除量子位元的潛力

NSF PRACTIQAL 將集中處理量子計算領域的兩大挑戰。其一是辨識一直阻礙具錯誤修正功能機器實現規模化的關鍵問題，並研究令量子錯誤修正變得更實用及更高效的方法；其二是探討一種名為「擦除量子位元」（erasure qubits）的特殊設計量子位元的應用潛力。據新聞稿指出，這類量子位元由 PRACTIQAL 團隊成員率先提出，能夠像標記一樣，精確指示錯誤發生的位置及時間，讓修正過程更具針對性。

研究團隊亦指出，現時量子錯誤修正領域的大部分工作，仍是在專為修正錯誤而優化的小型機器上進行。PRACTIQAL 團隊的目標是縮短由小型實驗裝置邁向大規模、具錯誤修正能力量子電腦之間的距離。擔任 PRACTIQAL 聯合總監的應用物理學副教授 Michael Hatridge 表示：「作為學術機構，我們不會親手建造一套巨型系統，但我們會驗證各項構思，並構建一條能夠通向更大規模系統的可行路徑。

這正是我們引入業界夥伴的原因，亦設有外部諮詢委員會，協助團隊避免只做孤立實驗，時刻與更廣泛的社羣保持聯繫。」

研究團隊期望，在這項野心勃勃的五年計劃結束之時，能夠勾勒出一條通向工業級別、具備實用錯誤修正能力量子電腦的清晰路徑。Hatridge 總結時表示：「我們對此充滿期待。PRACTIQAL 規模龐大、複雜程度高，涉及大量環環相扣的環節，但我們對展開這項工作感到十分振奮。」