量子计算领域，亚马逊在如何“摆兵布阵”？

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在量子计算领域的大型云服务提供商队列中，亚马逊是一位低调的“标兵”。

2019年。亚马逊推出托管量子云服务产品Braket，为科学家、研究人员和开发人员学习和访问各种量子计算机提供工具。截止目前，Braket上已接入的量子计算机硬件包括D-Wave 量子退火系统、IonQ离子阱量子计算机、Rigetti量子处理器、OQC超导量子计算机、Xanadu光量子计算机、QuEra量子计算机等，量子生态建设俨然成形。

本文，在亚马逊工作四年的量子计算总监Simone Severini就NISQ时代发展的行业观察和亚马逊在量子计算领域的布局与规划进行了探讨。Severini强调，量子计算是一个长期的“赌注”，而对现在的社会来说，是时候观察、学习和尝试早期布局。

推动量子经典混合应用

“作为学术界的一员，过去二十多年来，我一直尝试通过各种方式接触到量子计算。很高兴看到越来越多的人对该领域产生兴趣，但是我们仍需要建立一些确切的认知：量子计算的物理实现路径不是单一的；量子计算还处在早期阶段；没有太多证据表明NISQ时代的系统将很快提供具有颠覆性的商业价值。”

再回到量子计算领域，业内众多玩家正在追求的统一目标是：为更多群体提供使用量子技术的可能。

Severini讲道，亚马逊Braket是践行这一目标的实践者。通过Braket，客户可以密切关注这项技术的发展动态。并且，Braket也是亚马逊发展量子技术的学习工具。

“通过Braket，我们将在未来实现量子计算机真正地为复杂的云基础设施提供支持。现在Braket上的工作负载都是实验性的，可帮助认知量子云的安全性、可行性，以及为客户进行资源管理。随着时间的推移，量子计算机可以与许多其他经典资源一起使用，包括HPC。”

量子计算将与经典资源协同工作这一理念，已经成为共识。但目前，量子经典混合计算应用的研发，还处在早期阶段。

为此，亚马逊首要推出Amazon Braket Hybrid。借助这项新功能，用户只需提供算法脚本并选择一个目标设备，就可轻松运行混合量子经典算法，例如变分量子特征求解器 (VQE) 和量子近似优化算法 (QAOA)。

并且，Braket Hybrid Jobs提供对算法指标的实时分析，用户能更快地调整算法。最重要的是，用户可以优先访问选定的QPU（量子处理器），掌控全局，令其按预期更快的执行。

第二项举措是建立亚马逊量子解决方案实验室——亚马逊量子服务专业团队，旨在开展合作研究项目。

Severini说：“亚马逊的量子服务专业团队将与客户一起开展项目研究。如：与宝马集团开展了宝马集团量子计算挑战赛，围绕宝马密切关注的四个领域探索量子计算解决方案……在量子计算机研发的早期阶段，这种类型的倡议有助于将实际与理论联系起来，共同推进量子计算领域的发展。”

构建容错型量子计算机

2019年，亚马逊发起量子计算中心计划，并在2021年于加州理工大学开辟一座大楼，致力于构建一台容错型量子计算机。

加州理工学院成立的新亚马逊量子计算中心（图片来源：网络）

依托在半导体制造技术和可扩展性方面深厚的知识积累，亚马逊选择了基于半导体研究的超导量子比特技术。然而，当今的NISQ系统嘈杂且容易出错，并且需要在接近零开尔文温度的环境下运行，还需完成大量工程实践，这是难度很大的技术挑战。

Severini说：“现阶段需要做两件事，一是在物理层面降低错误率，并增强对材料科学的研究，从材料基础上构建改善错误率的组件。二是开发新的量子比特架构，保护量子比特免受干扰。我们正在做全栈式，构建从软件到架构再到量子比特和布线等，这些都是长期投资。”

亚马逊在推动其量子计算机建设工作方面一直相对低调。在Braket上，亚马逊积极推进量子比特技术的竞争发展，开发各种特定量子应用。同时，亚马逊与量子领域的研究人员互动密切，不断扩充亚马逊学者队伍，如2021年NISQ的提出者John Preskill的加入。

2021年2月，亚马逊在《PRX Quantum》上发表了一篇论文Building a Fault-Tolerant Quantum Computer Using Concatenated Cat Codes（使用级联Cat代码构建容错量子计算机），概述了亚马逊构建容错量子计算的思维方向：基于声学谐振器系统物理硬件，通过对测量和门进行详细的误差分析并建立一个真实的噪声模型，实现数值模拟量子纠错。

“使用大约1000个超导电路元件，就将构建一个可以运行电路的容错量子计算机。如果具有18,000个超导电路元件，容错量子计算机将能够模拟Hubbard模型。”

2022年6月，亚马逊宣布在波士顿成立量子网络中心，这成为亚马逊量子计算拼图中的重要一块：致力于解决量子网络中的基本科学和工程挑战，为量子网络开发新的硬件、软件和应用程序。“道阻且长，行则将至”，亚马逊量子计划雄心勃勃。

编译：A

编辑：慕一