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建造超导和中性原子量子计算机
2026-03-24 17:15:11 · 英文原文

建造超导和中性原子量子计算机

作者:Hartmut Neven Founder and Lead, Google Quantum AI

在谷歌量子人工智能,我们的使命一直很明确:为其他无法解决的问题构建量子计算。十多年来,我们率先开发了超导量子位(qubit),实现了以下里程碑:超越经典的表演,纠错可验证的量子优势这曾经似乎是几十年前的事情。我们现在越来越有信心,基于超导技术的商业相关量子计算机将在本十年末问世。

今天,我们很高兴与大家分享,Google Quantum AI 正在扩展我们的量子计算工作,将中性原子量子计算纳入其中,该计算使用单个原子作为量子位。

两种有前途的量子计算方法

谷歌将加快我们实现近期里程碑的时间表,并通过利用两种模式的互补优势扩大我们的影响力。超导量子位已经扩展到具有数百万个门和测量周期的电路,其中每个周期仅需要一微秒。与此同时,中性原子已扩展到具有约一万个量子位的阵列。它们通过灵活的任意连接图来弥补其较慢的循环时间(以毫秒为单位),该连接图允许高效的算法和纠错代码。未来的道路反映了这些不同的起点:中性原子的突出挑战仍然是演示具有多个周期的深层电路,而超导模态的下一个任务是演示具有数万个量子位的计算架构。用专家术语来说,我们经常说超导处理器更容易在时间维度(电路深度)上扩展,而中性原子更容易在空间维度(量子位计数)上扩展。对这两种方法进行投资可以提高我们更快地完成使命的能力。通过推进这两者,我们可以实现研究和工程突破的交叉授粉,并可以提供针对不同类型问题量身定制的多功能平台。

完整的研究计划

我们的中性原子计划建立在三个关键支柱之上:

  • 量子纠错(QEC):对中性原子阵列的连接进行纠错,从而降低容错架构的空间和时间开销。
  • 建模和仿真:利用 Google 世界一流的计算资源和基于模型的设计来仿真硬件架构、优化错误预算并细化组件目标。
  • 实验硬件开发:实现在应用程序规模上操纵原子量子位的硬件功能,并具有容错性能。

为了领导这项实验,我们很高兴地欢迎亚当·考夫曼博士谷歌量子人工智能。Adam 表示:“我很高兴能够加入 Google 在量子计算方面的世界领先计划,并将这种领导地位扩大到一个新的、极具前景的中性原子平台。” 总部位于科罗拉多州博尔德,是全球原子、分子和光学 (AMO) 物理中心,Adam 将领导 Google 不断壮大的中性原子硬件团队。他将继续担任 Google 的中性原子硬件团队的负责人。吉拉研究员和 CU Boulder 教员,隶属于 CU Boulder 物理系。

我们也期待与我们继续富有成效的合作投资组合公司 QuEra,其研究人员开创了基础方法,并正在推动中性原子计算的进展。

来自量子生态系统的见解

通过利用来自 CU Boulder、JILA 和NIST 博尔德,我们正在将我们的努力融入世界上最复杂的物理和工程生态系统之一。科罗拉多大学博尔德分校、NIST 和提升量子所有这些都强调 Adam 和谷歌有机会建立长期关系并进一步加强博尔德和美国的量子生态系统。

“我们很高兴 Google Quantum AI 聘请 Adam Kaufman 来领导博尔德的这项重要工作,”科罗拉多大学博尔德分校负责研究与创新的高级副校长兼研究院院长 Massimo Ruzzene 说道。Adam 的工作反映了 CU Boulder 量子生态系统的愿景和卓越性,从 JILA 和我们的物理系到 CUbit 量子计划和科罗拉多量子孵化器等举措。这种伙伴关系加强了博尔德国家认可的量子景观,并得到了主要联邦投资的支持,包括NSF QâSEnSE 研究所, 的国家量子纳米工厂美国EDA量子技术中心. –NIST 物理测量实验室主任詹姆斯·库什默里克 (James Kushmerick) 指出,“一位具有 Adam 的创造力和影响力的研究人员离开 [NIST],这总是令人悲伤的。”但此类举措是 NIST 帮助加强美国工业的方式之一。虽然这对 NIST 来说是一种损失,但对博尔德的量子生态系统和整个美国量子行业来说却是一种收获。 – Massimo 和 James 都期待着在 Adam 在 Google 的新职位上继续与 Adam 合作。

令人兴奋的前方道路

我们对解决大规模量子计算中物理和工程中剩余问题的能力充满信心,我们对挑战的规模感到谦卑和兴奋。

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摘要

谷歌量子人工智能正在将其努力扩展到中性原子量子计算和超导技术,目标是在本十年末实现商业相关的量子计算机。该公司强调了两种有前途的方法:用于在时间维度上扩展的超导量子位和用于空间维度可扩展性的中性原子。谷歌强调对两者进行投资,以更快地实现其使命。新计划包括量子纠错、建模和仿真以及实验硬件开发等支柱,由 Adam Kaufman 博士领导来自科罗拉多州博尔德的中性原子硬件团队。