激进的量子计算理论可能会带来比之前想象的更强大的机器

科学家们刚刚理论化了如何将远距离的量子处理器连接起来，形成一个充当单个机器的巨大量子计算网络。

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物理学家为量子计算机创建了一种新模型，可以更轻松地扩展量子计算机并使它们比以前想象的更强大。 

5 月 21 日发表在PRX Quantum杂志上的一项研究概述了这一新理论，提出将量子比特（量子计算机的基本主力）远距离连接起来，就像它们是单个超级计算机的一部分一样工作。强大的机器。 

经典计算中使用位来按顺序处理二进制状态 1 或 0 的数据，而量子计算使用量子位（依赖于量子力学定律）以 1 和 0 的叠加方式对数据进行编码。这意味着数据可以同时在两种状态下进行编码。每个量子位都以给定的频率运行。

然后，这些量子位可以通过量子纠缠缝合在一起（它们的数据在时间或空间上跨越巨大的间隔链接），以并行处理计算。纠缠的量子位越多，量子计算机的功能就越强大。 

纠缠量子位必须共享相同的频率。但该研究建议给予它们“额外”的工作频率，以便它们可以与其他量子位共振或在需要时自行工作。

通往量子霸权之路

有了足够多的纠缠量子位，未来的量子计算机可以在几秒钟内完成传统计算机需要数千年才能完成的计算。但是，您需要一个具有数百万个量子位的量子处理器才能实现这种“量子霸权”状态，而当今最强大的量子处理器只有 1,000 个量子位。

但维持纠缠量子位之间的稳定性以便处理数据是很困难的，并且需要复杂的电子设备和设备。扩大量子计算机中的量子位，使其强大到足以超越当今最强大的超级计算机，这也是一个主要障碍 - 因为您还需要扩大复杂的电路。

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但科学家们提出，通过为每个量子位提供额外的频率，他们可以让它们一起工作来处理计算，就好像它们是单个量子计算机的一部分一样。尽管可能相隔很远，但情况仍然如此。这意味着您可以使用多个连接在一起的较小的量子处理器，而不是一个难以维护的大型量子处理器。

“量子计算机中的每个量子位都以特定的频率运行。实现量子计算机独有的功能依赖于能够通过不同的频率单独控制每个量子位，以及通过匹配频率来链接成对的量子位。”研究主要作者Vanita Srinivasa，助理罗德岛大学量子信息教授在一份声明中说道。 

像“乐高积木”一样将量子位组装在一起

科学家们表示，通过施加振荡电压，他们可以为每个量子位产生额外的频率。通过这样做，您可以通过利用新生成的共享频率将多个量子位链接在一起，而无需匹配其原始频率。然后，量子位可以连接在一起，也可以使用其原始频率单独控制。

“这种扩展方法就像使用固定尺寸的乐高积木构建一个更大的系统，这些积木就像单独的模块，并使用更长的部件连接它们，这些部件足够坚固，可以在外部影响破坏之前足够长的时间内维持积木之间的连接。链接，”斯里尼瓦萨在声明中说。 

该模型旨在克服科学家未来在扩展量子处理器时将面临的挑战。它们通常是用半导体制造的，并使用数十亿个微型晶体管，这些晶体管可以用来制造紧凑的量子位。然而，科学家们表示，有一天，简单地向量子处理器添加越来越多的量子位将是不可行的。

研究人员相信，使用新模型，未来的量子计算机将以模块化方式构建——量子处理器中的量子位阵列更小，并使用强大的远程纠缠链路进行连接。这将使它们比我们今天拥有的技术更强大，并且能够进行更快的计算。