Google量子计算AI实验室大公开,并分享了异日十年的路线图

 

Erik Lucero 博士

近日,Google 量子 AI 的首席工程师 Erik Lucero 带全球媒体虚拟“参不都雅”了 Google 的量子 AI 园区,展现了园区内的一些主要实验设备,并分享了现在 Google 在量子计算的最新挺进以及一些主要洞察。

Google 量子 AI 园区位于 Santa Barbara ,Goolge 在这边钻研并制造量子计算机。整个园区的装修风格稀奇,有很强的色彩感。园区内还有不少涂鸦,并且有许众有有趣的幼装饰。Erik介绍了园区一张以 Google 量子处理器 Bristlecone 命名的画,来挑醒行家仿生学的主要性(Bristlecone 芯片中量子位的排列相通松果鳞片的图案)。另外,Erik 展现了主实验室的场景,并注释了量子计算的原理,以及用来给量子计算制造矮温环境的设备。

Goolge 量子 AI 园区内的涂鸦

Goolge 量子 AI 园区内的涂鸦

在回答题目的环节中,Erik 外示 Google 现在已经表清新“量子优厚性”,下一步的现在的即实现可纠错的逻辑量子位,最后实现可周围化的纠错量子计算机,并展望会在异日十年内完善。在谈到量子计算的详细行使时, Erik 外示现在量子计算还异国用于解决实际题目,但异日能够解决气候转折和食物欠缺题目。

Erik 展现园区主实验室的设备

Erik 展现园区主实验室的设备

以下是这次活动问答环节的精选内容:

问:您能注释一下什么是逻辑量子位吗?

逻辑量子位由有余众的高质量物理量子位构成,能够抽象地望作是由 1000 个物理量子位排列在二维网格中实走纠错。现在来说,岂论是网格状的组织照样物理量子位的保真度,都是最正当吾们的构架。吾们对一切电子以及连接物理量子位都必要有着特意优裕并且邃密化的限制。

当吾们能够将两个逻辑量子位放在一首并在它们之间进走操作时,这两个逻辑量子位便构成了第一个晶体管。

问:您能否更详细地与吾们分享  Google  量子计算的蓝图?面对量子计算和人造智能时代的崛首,企业答该做哪些准备以已足时代的必要?

吾们的第一个里程碑是表清新“量子优厚性”,吾们在 2019 年的时候表清新量子计算具备超出传统超级计算的能力。从当时首,吾们不息在扩大编制的周围,以实际表明吾们能够进走纠错演示,并表明纠错有效,这是第二个里程碑。

吾们已经在这方面迈出了一步,今年早些时候吾们发外了一篇论文,展现吾们在量子纠错方面的挺进,吾认为这能够算是里程碑 1.5。

第三个里程碑是实现纠错逻辑量子位。在表明量子纠错后,将其扩展到一个有余大周围的编制来表明大周围构建纠错逻辑量子位是可走的。

第四个里程碑将两个逻辑量子位(由 1000 个物理量子位构成)平铺在一首构成量子晶体管。

第五个里程碑是采用该编制并将其扩展到 100,000 个物理量子位。

第六个里程碑则是形成一个完善的纠错逻辑量子位。

吾们现在正处于硬件的黄金时代,吾们必要发明真实能够协助拓展编制的硬件,为异日做好准备。

吾们笃信吾们能够在本世纪末实现这栽纠错的量子计算机。吾们为这些里程碑制定了一个大约 10 年的路线图。

问:在  Google  量子计算中是否也会用到盛开的标准或开源的技术?   您的做事有众少是基于盛开标准或开源的?

是的,吾们有雄厚的开源产品,Google 也特意声援这栽文化。吾们开发了一栽名为 Cirq 的说话,任何人都能够下载并行使Cirq进走编程,设计量子电路以在吾们的模拟器和量子硬件上运走。

除此之外,吾们在资源库中挑供了雄厚并且主要的内容。其中之一是 OpenFermion,与量子化学的内容相关。第二个是竖立在 Google 经典计算硬件上的量子TensorFlow。吾们的张量处理器(TPU)就是运走在这一编制上,并处理量子模拟和机器学习等题目。

因此除硬件外,其他的技术基本上都是开源的。吾们很起劲能够添入一些开源的联盟,协助定义这些盛开标准。吾们其实已经在效仿其他 Google 的开源项现在(例如TensorFlow)。

问: Google  量子计算机仍将主要由硅制造吗?

在制造量子计算机时,吾们会选择行使已经成熟的硅原料,不过自然,吾们会将铝放在硅上。吾认为现阶段能够更主要的是追求量子架构,其中就最有力的例证就是超导量子位。

问:在计算处理方面, Google  是否计划要结相符量子计算和人造智能的上风?量子计算与超高性能人造智能相比有什么差别?

最先吾想注释一下经典计算范式和量子计算范式之间的差别。今天,吾们一切的真实高性能的经典计算都属于联相符类,其实就像是算盘在做布尔逻辑。而量子计算机实际上是用更雄厚的计算空间(量子力学)替换布尔逻辑,使吾们能够追求经典计算机中能够异国的计算空间。因此,量子计算机和经典计算机两者是十足不相通的。

吾特意爱思考云、计算机和量子计算机的共生相关,以及吾们能够行使这栽共生相关做些什么。在吾们的园区行家能够望到有许众经典计算机在协助声援和运走吾们的量子计算机。吾们笃信机器学习中的某些元素能够由量子计算机实际接管,先从经典计算过渡到量子计算,并且量子计算机能够会更快地学习或找到新的技术,然后再把这些新的发现转回到经典计算机上。因此吾认为这真的是一栽共生相关,并不是非要择其一,它们能够一首做事。

问:除了量子纠错,真实实现量子计算还有哪些大的挑衅?量子计算能够解决清淡人实际生活中的哪些题目?

纠错绝对是真实实现量子计算机最大的挑衅之一。一切在经典计算机上实现的惊人功能基本上都是由于吾们已经在经典计算中实现了纠错。

因此吾们的下一个里程碑就是要实际表明量子纠错是可走的,并且是在幼批的量子位或100个量子位上实现的。一旦量子纠错被表明,就能够将其扩展到逻辑量子位,然后从逻辑量子位扩展到纠错量子计算机之前的量子计算机。因此,吾们今天面临的重大挑衅是表明量子纠错在任何一栽量子计算架构中都是有效的。现在还异国人真实表明这一点。吾们很起劲能在这边分享吾们的里程碑。

关于量子计算能够解决清淡人实际生活中的哪些题目?吾之因此爱在 Google 做事,正是由于吾们有机会能够给世界带来富强的工具,晓畅到无论是登录网络,照样搜索在异日某镇日会得到量子计算机的声援。

另外,量子计算机的直接行使是能够协助全世界解决饥饿题目。现在吾们行使大量的氮行为胖料,吾们笃信倘若真的有一台量子计算机,会计算出更好的手段能够模拟大自然生产氮,如许吾们就能够以更矮的能源成本养活世界上的每幼我。

问:矮温环境是否只与  Google  正在钻研的超导量子位相关?

吾们清新之因此要在矮温环境下进走钻研是有几个因为的。 其中一个是由于吾们行使的是超导量子位,因此必要确保温度要矮于吾们行使的金属和原料的临界温度,只有如许吾们才能够达到超导并从中受好。 另一个是对量子位实际能量特意关键的因素。 吾认为吾们设计的特定量子位,(其过程)相通于制造原子。 吾们经过实际组织物理组织来制造原子。这些组织是由超导电路制成的电感器和电容器。 然后吾们再铺设铝金属,将它们塑造成电感器和电容器,这实际上是一个谐振器。

这些编制中的能量会转换为温度,而该温度最后会达到数百个毫开尔文。 因此只要吾们能够实现比这个温度更冷的温度,那么量子位中的能量就是最大的信号,而不是炎噪声。 因此吾们必须为超导降矮温度,只有变冷才能使量子信号远高于炎噪声。

吾还在考虑行使第一台量子计算机来构建第二台。 吾们笃信能够用超导量子位实现第一台量子计算机。 吾们展望会在 10 年内完善。在第一台量子计算机实现之后,它会协助吾们找出更好的原料来行使,吾们能够不必要那些矮温冷却器来制造第二台量子计算机。

问:你挑到量子计算机的做事温度就像超级、超级冷。   您和其他的科学家们是如何对其进走实验的?   你们必须穿戴稀奇设备吗?

吾要给你望一下实验室里的这些罐子。 这些是进入矮温恒温器的单个罐子。 吾们所做的就是将一切这些罐子放在编制上,一个套着一个放。 这个颜色特意艳丽的真空罐是编制上的末了一个罐子,您能够望到顶部有一个 O 形环。

之后吾们将这个编制连接到矮温恒温器上。 然后吾们将内里的空气抽走,这些编制内部就会变成是真空的。 吾们将整个腔室都抽成真空。 然后吾们行使在冰箱中的一切管道来冷却它。 唯一直接在一首的是一切这些金属台,它们由一个特意的冰箱进走冷却。因此得好于这些技术,吾能够很幸运地在这个 300 开尔文(约 27°C)的实验言,不必不安本身会结冰。

问:您能否注释下  Google  量子计算机近来与时间晶体相关的突破?媒体报道称,这一突破让科学家们能够跳出炎力学第二定律。

像金属相通,晶体以固态存在,并在物理的三维空间中存在。从空间上来望,晶体中的原子会自走排列,并且有肯定的周期性。晶体组织中的原子会以特定的格子式样进走排列,并且有许众差别的手段。

吾们最新的钻研表清新在时间层面也能够实现这一点。经过相互作用,每个时间晶体组织都保持了分子荟萃的完善性,以差别的规律活动。时间晶体不用耗任何能量,而只是在差别的状态间转折,表现周期性。

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