量子计算机中的量子叠加是什么?IBM如何实现量子计算?

本文中，小编将对量子计算机予以介绍，如果你想对量子计算机的详细情况有所认识，或者想要增进对它的了解程度，不妨请看以下内容哦。

一、量子计算机中的量子叠加是什么

量子叠加是单个量子比特的重要特点，当多个量子比特放在一起的时候，还有另外一个非常重要的特性：量子纠缠。用非常简单的话说，就是多个量子比特会相互作用，纠缠在一起，从而形成一个整体。

量子叠加和量子纠缠这两个特性是量子计算的关键，借助这些特性，就能做出很多有意思的东西。最重要的就是一次性完成多个计算，从而极大提升计算的速度。比如对于传统计算机来说，两个比特能表示四个数，也就是00、01、10、11，但某个具体的时刻只能有一个值。但对于两个量子比特，这四个值可以同时存在。随着量子比特数的增加，能同时表示的数也会指数级的增加，N个量子比特就可以同时有2的N次方个值，这就相当于在同一个时刻，可以进行2的N次方个运算。随着量子比特数N的增加，这个数会变的非常大，当N=300的时候，这个数会超过全宇宙包含的所有原子的总数。相比之下，传统计算机在同一个时刻只能进行一次运算，这就体现出性能的巨大差别了。

不过，虽然量子计算机能同时算很多次，但并不是所有的结果都是需要的。比如一加一等于二，而不是013。这时候就需要我们设计专门的量子电路，通过改变量子比特的状态，对结果进行筛选，得到想要的一种或者多种结果。这些量子电路组合在一起，就是量子计算机。

二、IBM如何量子计算

为了使用噪声较大且寿命相对较短的现有量子比特获得更好的计算效能，必须找到一些变通性的方法。为此，IBM研究院提出一系列被证明有效的错误缓解技术。当前量子硬件往往人地受到不同噪声衰减源的影响，包括量子比特退相干、单个门失效及测量错误等等。这些问题限制了当前量子电路中所能实现的stage数量。即使是浅层电路，也很可能受到浅层电路的影响并导致估计错误。

降噪本身对技术的要求极高。2017年，IBM在写给美国物理学会的浅深度量子电路的错误缓解审查信函中写道，“第一种方法是先逼近至零噪声极限，之后应用Richardson延迟极限方法来消除噪声扰动的功率。第二种方法则是根据准概率分布重新采样随机电路，借此消除错误。”虽然涉及大量技术元素，但IBM研究人员已经开发出Qiskit Runtime软件环境，尝试将细节隐藏起来、避免量子算力使用者受其影响。

量子计算的终极目标，当然是实现优于经典计算的性能优势，确保在合理的时间范围内解决重大问题。这方面的典型优势，就是大大缩短问题解决时间。要做到这一点，首先需要将问题表达为量子电路，而不再像以往那样在经典系统 模拟。也就是说，量子计算机即使发展成熟也并不是要取代经典计算机或者GPU计算，而是专门用于解决一类独特问题。

为了让量子计算机在特定问题上压倒经典计算机(即所谓「量子霸权」)，必须先找到比经典方法更好的、能够准确映射问题的量子电路，而后以更快的运行时间获得可靠结果。为此，IBM研究人员正与行业合作伙伴协同，希望找到适合量子计算发力的问题。

为了衡量进展，IBM还非常关注量子体积(QV，表示量子比特的质量)与每秒电路层操作(CLOPS，表示电路运行速度)两项指标。在它们的支持下，IBM有望勾勒出比纯比较量子比特数更完整的量子计算发展图景。

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