量子计算作为一项有能力改变世界的技术而备受关注。在 NEC，我们正在这一重点领域投入大量资源并加速研究。但量子计算机到底是什么？如今NEC的技术具有怎样的独创性？我们采访了活跃在该领域的研究人员。

量子计算研究前沿

 

Tomohiro Yamamichi安全系统平台实验室
高级经理

― 首先，量子计算机到底是什么？

它是利用“量子叠加”等量子特性进行计算的计算机。在我们今天使用的计算机（经典计算机）中，每一位都有“0”或“1”的状态，我们用它来执行二进制系统中的计算。例如，如果是8位，我们就会用“10001111”这样的数字来进行计算。计算时，可以从“00000000”到“11111111”范围内的2的8次方=256个状态中取一种状态。

另一方面，在量子态中，有可能具有同时为“0”和“1”的叠加态。这是一种被称为“量子叠加”的特性，如果利用这一点，就可以同时表达2的8次方的状态。换句话说，一个量子态可以处理 2 的 n 次方的计算。虽然不可能简单地提取所有计算结果，但通过使用叠加干扰的算法，有可能比传统计算机更有效地进行计算。随着位数的增加，这可能会对我们的社会产生巨大影响。人们期望传统计算机由于计算性能的限制而无法完成的计算可以在现实的时间内得到解决。

首先，什么是量子计算机？

 

― 现在有多现实？

首先，量子计算机有两种类型。一种称为量子门方法，用量子比特代替传统的计算机比特。正如我之前提到的，这可能从根本上改变计算机的性能，但我们仍处于全球研究阶段。400位级是目前最大的机器，但要无错误地控制量子位仍然很困难，需要降低错误率并增加冗余，才能实现“容错量子计算机”。问题。

另一种称为量子退火。这是一种专门解决“组合优化问题”问题的计算机，D-Wave 与 NEC 合作，发布了一款 7000 位级别的计算机。组合优化问题是在满足各种约束的情况下组合备选方案以找到最优解的问题。比如如何奔波多个城市以最小化成本的“旅行推销员问题”，以及将产品包装在固定容量的背包中从而使总价值最大化的“背包问题”。

组合优化问题可以简化为称为“伊辛模型”的模型，最优解对应于伊辛模型的最小能量状态。在量子退火中，伊辛模型以量子比特为代表，并进行操作以搜索最小能态并找到最优解。然而，使用经典计算机执行此类退火的称为“模拟退火”（伪量子退火）的方法已经被广泛使用，NEC 还提供使用向量机“SX-Aurora TSUBASA”的服务。发展。如果用量子退火代替这种伪量子退火，预计将有可能提出更快、更准确的解决方案。

在NEC，我们与AIST合作创建了“NEC-AIST量子利用技术协作研究实验室”，并致力于量子门方法和量子退火的研究。

NEC具有未来潜力的研究

 

― NEC目前在量子计算机研究方面处于什么地位？

最初，NEC 于 1999 年成为世界上第一家使用超导固态器件成功演示量子比特运行的公司。不过，近年来，各家公司和研究机构纷纷开展量子计算机的研究，并取得了令人瞩目的成果。2014年，NEC成功实现了世界上第一个使用超导参数电路的量子位高灵敏度读出，并继续加速研究。

例如，在量子门方法方面，我们正在参与内阁府主导的登月研究开发项目。量子计算机容易受到环境干扰，在计算过程中会积累错误，因此必须具有容错能力，才能无错误地执行量子计算。该项目的目标是到2050年实现容错量子计算机。在一个使用超导量子电路的项目中，NEC担任项目经理，正在开展一个由多个研究机构参与的联合研究项目。

在量子退火方面，我们正在参与经济产业省主导的NEDO项目，并正在推进研究和开发。今年6月，我们开始与东北大学联合研究，通过云使用量子退火机进行计算。这是一项注重实用服务的举措。我们目前正处于 8 位演示阶段，但我们的目标是通过使用我们迄今为止提供的向量机将其与伪量子退火相结合，创建一种利用每种功能特性的服务。量子退火和矢量机各有其优点和缺点，因此我们的目标是构建可以选择它们并解决问题的应用程序和平台。这可以说是同时拥有量子计算机和经典计算机技术的NEC的独特优势。

NEC在量子计算机领域的地位

 

扩展

 

― NEC 的独特性和优势是什么？

至于我负责的量子退火，我们开发了一种类似于量子门方法的独特方法，使用称为超导参量管或约瑟夫森参数振荡器（JPO）的电路，它的优点是能够保持长时间相干时间（量子叠加态能够维持的时间）。相干时间越长，计算的精度越高。此外，该方法量子比特的利用效率较高，可以用比以前更少的比特数解决组合优化问题。该架构还具有易于扩展的结构，因此在未来具有很大的潜力。

NEC 的独特性和优势

 

 

瞄准实用化的多位

 

- 请告诉我们未来的发展。

首先是多位的实现。我们仍在重复8位量子退火和门方法的基础实验，因此我们的目标是快速实现多位并将其完成为实用机器。不过，正如我前面提到的，NEC正在推广的方法具有较长的一致性时间和采用易于扩展的架构的优点。如果能够成功增加位数，可以说它有潜力产生非常大的效果。


― 增加位数的障碍是什么？

这不仅限于NEC，为了实现更高的位数，与位数成比例增加的布线和测量仪器也成为瓶颈。量子计算机还要求将量子元件放置在可冷却至约10mK（-273.14°C，注）的稀释冰箱中。构建测量系统的成本以及冰箱的容量和制冷能力是增加位数的主要障碍。

这并不意味着你可以花无限的钱来建造一个巨大的设备。需要想法和创新来提高量子计算机的配置效率。包括 NEC 在内的世界各地都在进行研究和开发，寻求开发新的外围技术来在冰箱内布置控制设备。

注：0K（开尔文）是温度不能再下降的温度（绝对零）。

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本文由日本NEC锂电池中国营销中心于2023-07-03 21:14:41 整理发布。
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