量子计算机有可能推动从医学到制造，再到我们生产材料的方式等各个领域的重大进步。但是，虽然量子计算机可以帮助我们解决目前传统计算机无法解决的问题，但它们也更容易犯错误——主要是因为它们对环境中的最小变化非常敏感。亚马逊于 2019 年启动了 AWS 量子计算中心，旨在加速量子计算技术和应用程序的开发。现在，该公司正在加州理工学院 （Caltech） 启动一个新的量子计算设施，其雄心勃勃的目标是构建一台“容错”量子计算机。团队将专注于开发更强大的量子计算硬件并确定量子技术的新应用。以下是他们将面临的五个挑战：制造更多更好的量子比特传统计算机使用比特（在代码中通常表示为 1 或 0 的值）作为其最基本的信息单位。位可以是具有两种不同状态的任何东西。例如，打开或关闭的灯，或者打开或关闭的门。但量子计算机使用量子比特或“量子比特”——通常是电子或光子等基本粒子——来进行计算。与比特不同，量子比特可以纵以存在于称为叠加的量子态中，其中它们同时是 1 和 0，以及介于两者之间的所有可能状态。这与量子态中量子比特的其他一些同样令人费解的行为一起，使量子计算机能够比任何当前或未来的传统计算机更有效地执行某些计算。AWS 团队将利用超导材料构建量子比特，例如在硅微芯片上图案化成电路的铝。这是因为制造这些技术的技术已经被充分理解，因此可以以可重复的方式大规模生产更多的量子比特。一位 AWS 量子硬件工程师在稀释冰箱上工作。稀释制冷机可以将量子处理器冷却到比外太空更冷的温度。降低噪音量子比特以量子态存在的能力使量子计算机在执行某些计算时有可能比传统计算机更强大。但将量子比特保持在这种状态是“委婉地说”是一个非常令人头疼的问题。即使是环境中最微小的变化（被量子科学家称为“噪音”），例如振动或热量，也会将它们从叠加中击出，导致它们丢失信息并变得更容易出错。构建成功的量子计算机的关键在于控制这些错误。AWS 将投资的一个领域是材料改进以降低噪音，例如超导体表面一次准备一个原子层，以最大限度地减少缺陷。开发更大的量子计算机构建量子计算机最具挑战性的方面之一是如何扩大它们的规模。为了超越传统计算机已经实现的领域，它们需要比当前的机器大得多。当今的量子计算机“嘈杂”且容易出错。量子研究人员的目标是从少数几个有噪声的量子比特扩展到具有数百个甚至数千个非常低噪声的量子比特的机器。新的 AWS 设施包括团队突破量子研发界限所需的一切，包括支持更大量子设备所需的技术，例如用于保护设备免受热噪声影响的低温冷却系统以及构建新形式的量子电路所需的纳米级制造工具。微波封装量子处理器。该封装旨在保护量子比特免受噪声影响，同时实现与控制系统的通信。降低纠错成本除了投资创新以降低噪音外，AWS 还将致力于在量子计算硬件中构建纠错功能，使用冗余物理量子比特集形成所谓的“逻辑”量子比特，这些量子比特对量子信息进行编码，可用于检测和纠正错误。由于生成逻辑量子比特需要大量物理硬件，因此以这种方式执行纠错通常非常昂贵且资源密集型。AWS 正在研究通过设计更有效的方法在量子硬件中实施纠错来降低这些成本的方法。加快时钟构建有用的量子计算机不仅仅是增加量子比特的数量。另一个重要指标是计算机的时钟速度，即执行“量子门运算”并准确执行所需的时间。（量子门本质上是量子电路的构建块——量子计算机进行计算的模型。这就是超导量子比特具有优势的地方，因为它们可以更轻松地加速量子门。随着 AWS 试图构建更好的量子比特，其成功的最终衡量标准将是它能够在多大程度上加快时钟速度，同时减少量子门误差。AWS 量子计算中心位于加州理工学院校园的 AWS 量子计算中心。AWS 量子计算中心汇集了来自亚马逊、加州理工学院和其他顶级学术研究机构的量子计算专家。该中心还为学生和年轻教职员工提供奖学金和培训机会，帮助支持未来的量子科学家。该中心的最终目标是构建一种全新的计算机：一种容错量子机器，能够执行超越传统计算技术所提供的精确计算，其规模足以解决可能对我们所有人的生活和工作方式产生重大影响的复杂问题。了解有关 AWS 量子计算中心的更多信息。
