● 量子比特 - 量子信息的基本单位,是经典二进制比特的量子版本。它可以存在于叠加态 - 0 到 1 之间的任何状态 ● 量子比特保真度 - 量子比特保持相干/可操作的时间 ● 量子效应 - 叠加、干涉和纠缠 ● NISQ - 嘈杂的中尺度量子技术,通常指现代非常嘈杂的量子计算机 ● QASM - 用于编程量子计算机的量子组装 ● 量子霸权 - 证明可编程量子设备可以解决经典计算机无法在任何可行时间内解决的问题(任何问题) ● 量子优势 - 与霸权相同,但用于有用的应用
在不断发展的技术格局中,第二代量子技术的出现是一次巨大的飞跃。一方面,这些进步不仅仅是渐进式的改进;它们代表着一种范式转变,有望重塑行业、催生新行业,并重新定义我们认为可能的界限。从超安全通信网络到强大的量子计算机,这些技术有可能解决曾经被认为无法解决的问题,并解答困扰人类多年的问题。另一方面,我们目前仍处于所谓的 NISQ 时代。在这个时代,量子设备的使用非常有限,而这些设备的功能远远落后于人们对未来几十年的预期。
本报告为我们提供了几个关键要点。值得注意的是,量子优势的确切性质和全部范围,以及实现这些技术对 DOE 相关问题的影响所需的资源,仍然是一个活跃的研究领域。虽然 QIS 在过去几十年中取得了重大的根本性进步,但它仍处于技术发展的初期。仍然存在多个基础和工程挑战。克服这些挑战中的每一个都需要大量的研发、进一步的科学发现和创新。因此,路线图中报告的时间表具有不确定性。不仅需要在 QIS 科学和技术方面取得进展,还需要在封装、系统工程、光调制器、源、探测器、集成、控制、新材料等相邻领域取得进展。此外,一个技术领域的进步将使其他领域受益。例如,量子计算的进步可能会推动网络量子中继器的进步。
美国和中国在该领域占据主导地位,两国合计占据量子计算专利优先权的 68%。中国以其优先权的国际专利家族数量每年120%的惊人增长率而引人注目。尽管美国凭借 IBM、微软和 Alphabet(谷歌)等关键公司仍保持领先地位,但近年来其活动似乎已达到更为温和的增长水平。在欧洲,专利申请策略具有强烈的国际扩展倾向,超过 80% 的专利家族扩展到欧洲边界之外。欧洲也表现出色,其用于量子比特的专利比例较高,达到 31% 左右。德国、英国和法国是最具活力的欧洲国家。 2018 年至 2022 年期间,以欧洲专利局 (EPO) 为首次受理局的专利申请数量增长了 15 倍。在欧洲背景下,法国将自己定位为量子计算领域专利申请的知名参与者。 2018 年至 2022 年间,向 INPI 提交的申请数量增加了 83%。同期,具有法国优先权的国际专利家族年均增长率为11%。然而,在某些特定的子领域,例如量子编译,法国在科学出版物中的存在感并不明显,而不像德国、英国和奥地利等其他欧洲国家那样在这些领域占有较大的份额。
我还期待在高速解码器的研究和开发方面取得进一步进展,这是 QEC 方案的另一个关键组成部分。高速解码器是算法,并且越来越多地成为专门设计用于快速执行纠错的硬件。高速解码器处理辅助测量并有效确定最可能的原始量子态。解码速度至关重要,因为该过程花费的时间越长,在应用校正之前积累额外错误的风险就越大,这可能导致校正无效。解码速度直接影响量子计算机的整体吞吐量和可扩展性,使其成为寻求实用量子计算的核心挑战。
此次活动将提供一个平台,让在量子通信、量子计算、量子传感、量子材料和量子光学领域工作的热情的年轻研究人员可以分享他们的研究成果并探索新的合作途径。
硕士论文和博士论文两个类别的一等奖和二等奖获得者将获得价值 6,000 欧元(一等奖)和 4,000 欧元(二等奖)的学习旅行。此外,观众奖获得者将获得科学传播领域的专业发展机会。
专门从事量子技术的企业 • 指示能源部制定 10 年期战略量子高性能计算计划 • 建立早期量子超级计算试验台和原型计划 • 指示能源部开展研究以确定量子供应链挑战 • 创建量子培训计划以满足劳动力发展需求 • 要求跨机构协调以防止重复工作
量子技术利用量子力学定律(对世界最精确的物理描述)来实现全新的信息处理能力。主要的量子技术是量子计算机、量子通信和网络以及量子传感器。虽然这些技术都是从相同的概念发展而来的,但它们的目标和任务却大不相同。在本次研讨会上,我们将主要关注量子计算,其目标是在原子、离子、超导电路和光子等量子力学载体中存储和处理信息。当与环境隔离时,这些载体表现理想,可以无限期地保持信息完整。然而,实际上,它们不断与环境相互作用,导致存储的信息退相干。同样,对这些载体进行外部操纵以计算信息也远非理想,存在精度不足、背景噪声等问题。因此,必须保护存储的信息免受退相干的影响,并确保其处理对设备故障具有耐受性。在量子系统中,这种容错信息处理的最系统方法是使用量子纠错码。在本文中,我们简要概述了量子纠错和容错的基本原理。我们假设读者熟悉经典纠错或信道编码,但可能不熟悉量子信息。目标是为 QuIK'24 研讨会的与会者提供足够的背景知识,以便他们跟上受邀演讲、海报和讨论。虽然这不是对该领域的全面回顾,但我们将为读者提供充足的参考资料,以扩展此处讨论的基础知识。有关量子计算和量子纠错的历史回顾,我们建议读者参考 [1]–[4]。
1 萨尔大学物理系,E2.6 校区,萨尔布吕肯 66123,德国 2 南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理系,新加坡 637371,新加坡 3 东北大学物理系,波士顿,马萨诸塞州 02115,美国 4 因斯布鲁克大学实验物理研究所,6020 因斯布鲁克,奥地利 5 AQT,因斯布鲁克 6020,奥地利 6 悉尼大学物理学院和悉尼纳米科学研究所工程量子系统中心,澳大利亚悉尼 7 巴黎高科化学研究所,法国国家科学研究院,巴黎政治学院,巴黎化学研究所,法国巴黎 8 新加坡国立大学,新加坡 9 南洋理工大学,新加坡 10 新加坡科学、技术和研究机构 (A ∗ STAR) 11 维尔茨堡大学技术物理学研究所,Am Hubland, 97074 维尔茨堡,德国 12 瑞典皇家理工学院,斯德哥尔摩 106 91,瑞典 13 新加坡南洋理工大学光子研究所和颠覆性光子技术中心,637371,新加坡 14 新加坡国立大学量子技术中心,新加坡 ∗ 任何通讯作者请致函。