量子機器攜手英偉達，能否攻克量子計算糾錯難題？

大約一年半之前，量子控制初創公司 量子機器 和英偉達宣佈建立深度合作關係，將英偉達的 DGX 量子 計算平臺和量子機器的先進量子控制硬件結合在一起。有一陣子我們沒怎麼聽到有關這次合作的成果的消息，但現在它開始取得成果，使行業離糾錯量子計算機的聖盃又近了一步。

在今年早些時候的一次演示中，這兩家公司表明 他們能夠使用在英偉達 DGX 平臺上運行的現成強化學習模型，通過保持系統校準來更好地控制 Rigetti 量子芯片中的量子位。

量子機器的聯合創始人兼首席技術官約納坦·科恩指出，他的公司長期以來一直試圖使用通用的經典計算引擎來控制量子處理器。那些計算引擎規模小且有限，但英偉達極其強大的 DGX 平臺不存在這個問題。他說，終極目標是實現量子糾錯。但我們目前還沒做到。相反，這次合作側重於校準，特別是校準所謂的“π 脈衝”，它控制着量子處理器內量子位的旋轉。

乍一看，校準可能看起來像是個一錘子買賣的問題：在開始在處理器上運行算法之前對其進行校準。但事情並非那麼簡單。科恩說：“要是您瞧瞧如今量子計算機的性能，您會發現有一定的高保真度。但接着呢，用戶在使用計算機的時候，通常達不到最佳的保真度。它一直在漂移。如果我們能夠使用這些技術和底層硬件經常重新校準它，那麼我們就可以提高性能，並在很長一段時間內保持（高）保真度，這正是量子糾錯所需要的。”

持續近乎實時地去調整那些脈衝是一項極其耗費算力的任務，但由於量子系統總是略有不同，這也是一個控制問題，適合在強化學習的幫助下解決。

“隨着量子計算機的規模擴大和性能提升，出現了所有這些成爲瓶頸且計算強度極高的問題，”英偉達量子計算集團產品經理山姆·斯坦威克（Sam Stanwyck）說道。“量子糾錯確實是一個巨大的問題。這對於實現容錯量子計算是必要的，另外還有如何精確施加正確的控制脈衝來充分利用量子比特。”

斯坦威克還強調，在 DGX Quantum 出現之前，沒有任何系統能夠實現進行這些計算所需的最小延遲。

結果表明，即使在校準方面有小小的改進，也能在糾錯方面實現巨大提升。“在量子糾錯這一背景下，在校準方面的投資回報呈指數級增長，”量子機器產品經理拉蒙·斯姆克解釋道。“如果校準效果提高 10%，那麼由衆多物理量子比特組成的邏輯量子比特的邏輯錯誤[性能]就會呈指數級提升。所以這裡有很大的動力去做好並快速完成校準。”

值得強調的是，這僅僅是此次優化過程與合作的開端。團隊在這裡實際做的只是選取了少量現成算法，然後看看哪一個效果最佳（在這種情況下是TD3）。總的來講，運行實驗的實際代碼僅有約 150 行。當然，這依賴於兩個團隊爲整合各類系統以及構建軟件堆棧所做的全部工作。然而，對開發人員而言，所有這些複雜性均可被隱藏起來，並且這兩家公司期望隨着時間的推移創建越來越多的開源庫，以利用這個更大的平臺。

Szmuk 着重指出，就這個項目而言，團隊僅僅運用了一個極爲基礎的量子電路，不過它同樣能夠推廣至深度電路。

他表示：“倘若你能夠憑藉一個門和一個量子比特達成這一效果，那麼你同樣能夠利用一百個量子比特和 1000 個門做到。”

“我想說，單個結果只是一小步，但這是朝着解決最爲重要的問題邁出的一小步，”Stanwyck 補充說道。

有用的量子計算需要加速超級計算的緊密融合——這或許是最爲艱難的工程挑戰。

所以，能夠在量子計算機上切實做到這一點，並以一種不僅針對小型量子計算機予以優化，而且屬於可擴展、模塊化平臺的方式來調整脈衝，我們覺得我們確實正在通過這種途徑解決量子計算中的一些最爲重要的問題。

斯坦維克還表示，這兩家公司計劃繼續這種合作，並將這些工具交到更多研究人員手中。隨着英偉達的布萊克韋爾芯片將於明年面市，他們也將爲這個項目擁有一個更強大的計算平臺。