兼顾速度与精度 东芝提量子闸电脑新元件

东芝提出超导量子电脑Transmon技术的改良版，Double-Transmon Coupler。图为使用Transmon技术的Google的量子电脑。法新社

运算速度达超级电脑1亿倍的量子电脑(Quantum Computer)，如何提高精度是目前的一大难题。为此，日本电机大厂东芝(Toshiba)日前在美国物理学会期刊《Physical Review Applied》发表新论文，提出提高精度并兼顾高速运算的方案Double-Transmon Coupler，并准备制作相关设备。

根据东芝发布新闻，该公司模拟2量子位元(qubit)运算的实验，得到Double-Transmon Coupler能让运算精度提高为99.99%，且处理时间仅需24奈秒(nano second)的最新成就；据东芝表示，2022年7月曾有团队公布不同的高精度量子运算技术，但兼顾精度与速度，东芝方案领先全球。

现在东芝准备于2023年3月底之前，开始制造实际使用Double-Transmon Coupler的超导量子闸电脑(Superconducting Quantum Gate Computer)，并尽快展开实验。

东芝提出的Double-Transmon Coupler，源自2007年美国耶鲁大学(Yale University)提出的一种量子位元Transmon；而Transmon Coupler是各量子位元间连结的耦合器(coupler)，有固定式与可变式，可变式可借由调整结合强度、相当于电路开/闭(On/Off)的动作，进行量子位元运算调整。

Google在2019年宣布达成量子超越(Quantum supermacy)的53位元量子电脑Sycamore，便用上Transmon，因此这技术可视为目前量子闸电脑中最有名也最成熟的技术。

使用Transmon的多量子位元电脑，有量子位元互相干扰、产生串音杂讯(Crosstalk Error)的问题，过去的处理法是使用频率差很多的量子位元减轻串音杂讯，但这种情况下，Transmon无法完全关闭，因此杂讯只是减轻而没有解决。

东芝提出的Double-Transmon Coupler，则是在负责计算的Transmon量子位元中，追加以2个Transmon量子位元构成的耦合器、及额外的约瑟夫森结(Josephson Junction)，确保关闭时结合强度可视为0，消除串音杂讯，开启时结合强度则达10~100MHz，达成高速多量子位元运算效果。

因此，凭藉Double-Transmon Coupler，当需要高速运算时，可以开启让所有量子位元一起加入运算；而需要高精度时，也能关闭消除杂讯，提高运算精度。东芝认为该厂提出的这项新方案，将是量子电脑进化上新的一步。

责任编辑：孙梓翔