微软与原子计算合作实现24个逻辑量子比特纠缠 迈向容错量子计算新突破

近日，在2024微软Ignite大会上，微软与原子计算（Atom Computing）宣布了在量子计算领域的重大进展，两家公司共同研发的量子计算系统成功实现了24个逻辑量子比特的纠缠。这一成就标志着在实现容错量子计算的征途上，迈出了坚实的一步，为未来量子计算的广泛应用奠定了基础。

量子比特，作为量子计算的基本单位，与传统计算的比特不同，具有叠加和纠缠的特性。这使得量子计算能够在特定任务上超越经典计算机的性能。实现多个逻辑量子比特的有效纠缠，一直以来都是量子计算领域的一项挑战。此次微软和原子计算利用激光技术固定超冷中性镱原子，成功实现了前所未有的24个逻辑量子比特的纠缠，打破了先前的记录。

从技术层面来看，该系统的先进性在于其能够识别并校正物理量子比特中的中性原子可能的消失现象。这种能持续保持量子比特的稳定性是实现量子计算商业化应用的关键。业界普遍认为，容错量子计算的实现将为材料科学、化学和复杂问题求解等领域带来革命性的突破。

微软和原子计算计划在明年向商业客户推出基于这一技术的量子计算机。届时，这些新计算机将配备超过1000个物理量子比特，尽管早期系统已能处理256个量子比特。但随着技术的进步，研发团队将努力让50个逻辑量子比特实现纠缠，最终希望达到100个逻辑量子比特的目标。这一数字在理论上足以支持实现复杂的量子算法。

值得一提的是，两家公司已基于此技术成功构建了由80个物理量子比特组成的20个逻辑量子比特，并成功运行了 Bernstein-Vazirani 算法。这一经典量子算法是在20世纪90年代设计的，其核心是利用叠加和干涉效应进行计算。在此算法中，量子计算机能够在一个步骤中同时测试所有可能的数值组合，从而显著提升计算效率。

微软 Azure Quantum 的技术研究员及副总裁 Krysta Svore 指出：“我们已经在硬件中运行了此算法至20个逻辑量子比特。这证明，通过这些逻辑量子比特，我们能够实现超越单纯物理性能的计算能力，并且还能够进行重复的损耗校正。”

Svore还强调，Azure Quantum Compute提供的量子比特虚拟化系统使得团队能够根据特定量子处理器优化量子纠错。这样的灵活性和适应性是微软与原子计算在该项目中取得成功的重要原因。这也意味着在未来的量子计算领域，微软可能以更高的效率和成功率来应对日益复杂的计算需求。

随着量子计算技术的不断进步，行业内对其未来应用场景的期待也愈加热切。专家表示，量子计算不仅将在基础科学研究中发挥重要作用，更有可能在医疗、金融、能源和人工智能等领域带来重大变革。例如，在药物研发中，量子计算能够模拟复杂分子的行为，从而加速新药物的开发；而在金融领域，量子计算可以解决现有计算机难以解决的大规模数据分析问题，为风险评估和投资决策提供更为精准的模型。

尽管量子计算前景广阔，相关技术仍处于持续发展的阶段。目前，量子计算设备的稳定性、纠错能力以及量子算法的多样性仍需进一步提升。随着行业巨头如微软、IBM、谷歌等不断加大对量子计算的投入，未来的量子计算技术有望实现更快的发展与成熟。

而言，微软与原子计算在量子比特纠缠和容错量子计算方面的突破，不仅展示了现代量子计算技术的巨大潜力，也为其商业化应用铺平了道路。随着技术的不断演进和完善，量子计算在各行各业的应用前景将更加广阔，值得我们期待。