量子計算機中的量子疊加是什么?IBM如何實現量子計算?

本文中，小編將對量子計算機予以介紹，如果你想對量子計算機的詳細情況有所認識，或者想要增進對它的了解程度，不妨請看以下內容哦。

一、量子計算機中的量子疊加是什么

量子疊加是單個量子比特的重要特點，當多個量子比特放在一起的時候，還有另外一個非常重要的特性：量子糾纏。用非常簡單的話說，就是多個量子比特會相互作用，糾纏在一起，從而形成一個整體。

量子疊加和量子糾纏這兩個特性是量子計算的關鍵，借助這些特性，就能做出很多有意思的東西。最重要的就是一次性完成多個計算，從而極大提升計算的速度。比如對于傳統計算機來說，兩個比特能表示四個數，也就是00、01、10、11，但某個具體的時刻只能有一個值。但對于兩個量子比特，這四個值可以同時存在。隨著量子比特數的增加，能同時表示的數也會指數級的增加，N個量子比特就可以同時有2的N次方個值，這就相當于在同一個時刻，可以進行2的N次方個運算。隨著量子比特數N的增加，這個數會變的非常大，當N=300的時候，這個數會超過全宇宙包含的所有原子的總數。相比之下，傳統計算機在同一個時刻只能進行一次運算，這就體現出性能的巨大差別了。

不過，雖然量子計算機能同時算很多次，但并不是所有的結果都是需要的。比如一加一等于二，而不是013。這時候就需要我們設計專門的量子電路，通過改變量子比特的狀態(tài)，對結果進行篩選，得到想要的一種或者多種結果。這些量子電路組合在一起，就是量子計算機。

二、IBM如何量子計算

為了使用噪聲較大且壽命相對較短的現有量子比特獲得更好的計算效能，必須找到一些變通性的方法。為此，IBM研究院提出一系列被證明有效的錯誤緩解技術。當前量子硬件往往人地受到不同噪聲衰減源的影響，包括量子比特退相干、單個門失效及測量錯誤等等。這些問題限制了當前量子電路中所能實現的stage數量。即使是淺層電路，也很可能受到淺層電路的影響并導致估計錯誤。

降噪本身對技術的要求極高。2017年，IBM在寫給美國物理學會的淺深度量子電路的錯誤緩解審查信函中寫道，“第一種方法是先逼近至零噪聲極限，之后應用Richardson延遲極限方法來消除噪聲擾動的功率。第二種方法則是根據準概率分布重新采樣隨機電路，借此消除錯誤?！彪m然涉及大量技術元素，但IBM研究人員已經開發(fā)出Qiskit Runtime軟件環(huán)境，嘗試將細節(jié)隱藏起來、避免量子算力使用者受其影響。

量子計算的終極目標，當然是實現優(yōu)于經典計算的性能優(yōu)勢，確保在合理的時間范圍內解決重大問題。這方面的典型優(yōu)勢，就是大大縮短問題解決時間。要做到這一點，首先需要將問題表達為量子電路，而不再像以往那樣在經典系統 模擬。也就是說，量子計算機即使發(fā)展成熟也并不是要取代經典計算機或者GPU計算，而是專門用于解決一類獨特問題。

為了讓量子計算機在特定問題上壓倒經典計算機(即所謂「量子霸權」)，必須先找到比經典方法更好的、能夠準確映射問題的量子電路，而后以更快的運行時間獲得可靠結果。為此，IBM研究人員正與行業(yè)合作伙伴協同，希望找到適合量子計算發(fā)力的問題。

為了衡量進展，IBM還非常關注量子體積(QV，表示量子比特的質量)與每秒電路層操作(CLOPS，表示電路運行速度)兩項指標。在它們的支持下，IBM有望勾勒出比純比較量子比特數更完整的量子計算發(fā)展圖景。

以上便是小編此次想要和大家共同分享的有關量子計算機的內容，如果你對本文內容感到滿意，不妨持續(xù)關注我們網站喲。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!