AWS公开自家量子运算芯片Ocelot,标榜能大幅降低量子纠错所需资源,进而使量子计算机构建与运行成本下降。根据AWS量子硬件部门主管Oskar Painter的说法,通过Ocelot的设计,未来量子芯片构建成本可能仅为现有方法的五分之一,并有机会缩短实现可用量子计算机的时间表达到5年。
Ocelot芯片采用猫量子位元(Cat Qubit) 技术,内置错误抑制机制,避免传统量子计算机依赖大量物理量子位元来构建逻辑量子位元的高成本。AWS研究团队强调,这项突破使得量子计算机的可行性向前迈进一大步,并可能加快其在科学与商业应用上的落地进程。
目前量子计算机的发展受限于对量子纠错的需求,由于量子位元对环境变化极为敏感,微小的振动、热能或电磁干扰都可能影响其量子态导致运算错误,因此目前的量子计算机往往需要额外数百甚至上千个量子位元来保护计算的可靠性,而这大幅提升了硬件成本与计算资源消耗。
AWS采用的猫量子位元技术,则是通过内置的错误抑制特性,使错误校正机制的资源需求大幅减少,这与现有主流的量子运算架构不同。猫量子位元的命名灵感来自于薛定谔的猫实验,这个实验描述一只猫在未被观测前处于既生又死的叠加状态,类似于量子位元可以同时处于于0和1的状态。
猫量子位元是AWS通过特殊的方法,可在较长的时间内维持稳定的量子态,并具备相位反转错误(Phase-flip Errors)抑制能力,使其在计算过程中更稳定,即便在运算过程受外部扰动,也不容易发生相位反转错误。
AWS研究团队从头开始设计Ocelot芯片的技术核心,将量子纠错作为架构的首要考量,而非额外附加的机制。AWS研究人员表示,这种从基础层面调整的设计方式,使Ocelot芯片的错误校正资源需求可降至现有标准的10%,他们认为,如此可能替量子运算带来与半导体产业过去数十年发展相似的转折点,类似于当年真空管被晶体管取代,使计算机从房间大小缩小为个人计算机,甚至进一步推进至如今的云计算与移动运算环境。
目前Ocelot芯片仍处于原型阶段,AWS并未透露具体的商业化进程,但已经将相关研究发表在《Nature》期刊,并在Amazon Science平台上提供更多技术细节。AWS强调,他们会持续投资量子研究,以确保这项技术在可扩展性、稳定性与实际应用上达到预期目标。