1 新智元编译
来源：Science
编译：邵明
【新智元导读】在一项新的研究中，两种采用不同技术制造的量子计算机用同一算法进行了测试。其中，一台量子计算机性能更可靠，另一台则速度更快。但更重要的是，一些科学家说这是第一次将两种量子计算机在同样的竞争环境中进行了比较和测试。
牛津大学的物理学家西蒙·本杰明（Simon Benjamin）说：“在很长一段时间里，这些量子计算机都还不成熟，因此你不可能真正地将两个五比特的量子计算机放在一起进行比较。”，西蒙·本杰明并未参与该项目。
在这两台量子计算机中，其中一台量子计算机属于马里兰大学的物理学家克里斯·门罗（Chris Monroe）所领导的实验室，克里斯·门罗也是初创公司 ionQ 的联合创始人；马里兰大学这台量子计算机的实现基于 5 个镱离子，这五个镱离子被束缚在电磁阱中，并且由激光来操纵这些离子。
另一台量子计算机则属于IBM。IBM 这台量子计算机的的核心是基于五个超导金属小环，这些超导小环是通过微波来控制实现量子效应；这台计算机也是目前全世界唯一可以由用户在线编程的量子计算机，而不仅仅是只有科学家在实验室才能完成。
这两台量子计算机都没有太强大的计算能力，但是它们证明了存在使量子计算机成为现实的原理。与传统计算机的“位（bits）”的不同，“位”只能是处于“0”或“1”的状态，而量子计算机依靠的是“量子位”或“量子比特”。量子比特是“0”和“1”的某些特定组合或称为“叠加态”。克里斯·门罗的量子计算机中，每个量子比特是由一个离子来实现，这完全取决与在离子中电子所处的能级。电子处于某种能级时，离子表示“0”，处于另一种特定能级时，离子表示“1”，或者同时处于两个能级。在IBM量子计算机的每个超导电路中，每个电路只允许两种可能的电流强度，这就为实现叠加态提供了条件。当然，实现多量子比特的叠加态也是可能的，这就赋予了量子计算机的潜在计算能力，这种计算能力将随着量子比特的数目增加而成指数增加。
但是，量子比特的态是容易被破坏的：外界的微扰都可能叠加态变成“0”或“1”的单态。因此，在量子计算中，量子计算机必须能够维持叠加态。在这次测试中，两台量子计算机达到了约97％的的双量子位“门精度”或成功完成单个双量子位逻辑运算。
两台量子计算机的系统示意图：IBM的量子计算机（左）速度更快，但马里兰大学基于离子实现的量子计算机则更可靠。
为了测试两台量子计算机的性能，克里斯·门罗在两台量子计算机上分别运行了一组相同的标准算法，并比较了输出结果。基于镱离子实现的量子计算机在大多数情况下都能得出正确答案，比IBM的量子计算机性能更好。在一个特定的例子中，结果更明显：镱离子量子计算机的准确率达到了77.1%，而基于超导电路的量子计算机的准确率只有35.1%。相关研究结果上周已经发表在arXiv上。
克里斯·门罗说，两台量子计算机的性能差异并不是由这些量子比特本身所决定，而是看这些量子比特是如何连接在一起。离子之间能够相互作用，这减少了执行任务的所需的操作数量，也减少了叠加态被破坏（坍塌）的机会。相比之下，四个超导回路之间连接的更少，这需要额外的操作区交换各个回路之间的信息。因为没有什么操作是100%可靠的，因此准确率随着操着数量增加而相应减少，这就是“连通性问题（Connectivity matters）”。
领导 IBM的量子计算团队的物理学家 Jerry Chow 承认，连通性很重要。但是，他认为处于叠加态的量子比特将会维持更长时间，并且量子比特将具有更好的一致性（coherence）——这意味着连通性较低的量子计算机不一定会降低其整体的可靠性。他也指出，如果量子比特之间具有足够的一致性，不管你的算法多么复杂，这都不是问题；他也指出，IBM的在线量子计算机比之前进行测试的时候具备更多的连通性，这将可能会使其性能更加接近克里斯·门罗的离子量子计算机。目前，这两个实验室都一直致力于开发具有更多量子比特、更加可靠的量子计算机。
不管是由离子还是由超导金属回路来实现量子计算，这都需要成千上万的量子比特，并且这些量子比特的连通网络将会变得更加复杂。西蒙·本杰明指出，尽管目前基于离子的量子计算机更可靠，但是基于超导回路实现的量子计算机速度更快。IBM的量子计算机在250到450纳秒内就能完成一个双量子位操作，这比离子计算机快了1000倍。
该项研究为量子软件设计师（华盛顿州雷德蒙德的微软研究员 Krysta Svore）提供了思考：理解量子计算机的特定架构如何影响量子计算性能将对未来优化算法是至关重要的，这仅仅是开启强大量子计算的第一步。
论文：两种量子计算架构的实验对比
论文地址：https://arxiv.org/pdf/1702.01852.pdf
编译来源：
http://www.sciencemag.org/news/2017/02/split-decision-first-ever-quantum-computer-faceoff
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