- IonQ 成功展示使用實時解碼器進行量子錯誤修正的重大里程碑。
- 該解碼器能在單個 CPU 上運行，無需擴展經典硬件。
- IonQ 的雙解碼器架構有效管理工作負載，無需暫停運行量子計算。
- 解碼器僅為總計算增加 0.02% 的負擔，未延遲任務。
IonQ，作為全球領先的量子計算解決方案提供商，成功展示了使用實時解碼器進行量子錯誤修正的重大里程碑，此解碼器能在單個中央處理器（CPU）上運行。這一成就使量子計算能夠擴展，而無需隨之擴展經典硬件。量子錯誤修正是顯著延遲量子計算在現實世界中推廣的一大瓶頸。雖然量子計算機能夠在計算能力上達到經典計算機無法比擬的指數級別，但在這些計算中也容易出現錯誤，若無法修正這些錯誤，整個過程便會變得毫無意義。
多種方法已被嘗試用以減少這些錯誤，例如開發邏輯量子位，將多個物理量子位組合成一個大型虛擬量子位，或通過翻轉錯誤本身來獲得正確答案。雖然這些方法被認為有幫助，但也提高了部署量子計算機的成本，使其在商業化推廣中變得不可行。總部位於馬裏蘭州的 IonQ，自 2021 年以來已向雲服務提供商提供量子計算服務，現在展示了一種新穎的錯誤修正方法，該方法可使用現成的 CPU 進行運行。
IonQ 的雙解碼器架構
IonQ 如何破解錯誤修正 由於測量量子位會破壞其量子狀態，研究人員只能收集有關其綜合症的資訊，以確定量子位是否累積了錯誤。利用這些資訊，即使是經典計算機也能處理，研究人員可以應用量子錯誤修正。研究人員通常設計運行在 CPU、圖形處理單元（GPU）或現場可編程門陣列的解碼算法，以分析這些綜合症，然後對計算進行修正。在傳統方法中，負責此類錯誤修正的經典計算機經常會超負荷，造成量子計算必須暫停並等待才能再次恢復。
IonQ 的實時解碼器克服了這一障礙，通過高效管理這項工作負載，使量子計算能夠無需暫停地運行。 雙解碼器架構 在 IonQ 部署其錯誤修正方法的演示中，408 個邏輯量子位跨越 88 個內存塊執行了超過 3150 萬個單獨的量子操作。然而，公司僅使用單個 CPU 執行了錯誤修正。IonQ 將這一成就歸功於其雙解碼器架構，其中第一個解碼器提取初始綜合症測量，而第二個解碼器在優化中間表示後修正殘餘錯誤。
在評估期間，研究人員發現解碼器僅為總計算增加了 0.02% 的負擔，這意味著並未延遲任務。“成功驗證在數百個邏輯量子位和數百萬個邏輯操作中的實時解碼是一個重要的里程碑，”IonQ 的量子研究負責人 Nicolas Delfosse 在新聞稿中表示。“此外，我們的解碼器運行在單個 CPU 上，為商業規模的容錯量子計算提供了實際的路徑。” “IonQ 正在通過直接驗證每個組件來實現成本效益的量子系統擴展，”IonQ 架構副總裁 John Gamble 補充道。
IonQ 的未來計劃
“這樣的實證支持了我們對容錯的願景，其中解決方案的時間、成本和能量始終是我們的北極星。”該公司正致力於構建一台擁有 256 個物理量子位的量子計算機，並計劃在未來實現擁有數千個量子位的工業級使用。該研究結果已發表在 arXiv 上。
項目 規格 邏輯量子位 408 內存塊 88 量子操作次數 31.5 百萬 解碼器負擔 0.02%
IonQ 的量子計算商業化前景
IonQ 的突破性進展在於其能夠在單一 CPU 上實現量子錯誤修正，這不僅降低了成本，亦提高了量子計算的可行性。隨著量子計算技術的商業化需求日益增長，這項技術的成功將為未來的量子計算機發展鋪平道路，尤其是在容錯和擴展性方面。IonQ 的目標是建造更強大的量子計算機，這將有助於推動量子計算在各行各業的應用，並可能改變現有計算架構的格局。