在科技巨头纷纷布局量子计算领域的背景下，亚马逊云科技（AWS）宣布了一项重大突破，成功研发出首款量子计算芯片——Ocelot。这款芯片旨在显著降低量子误差纠正的成本，从而推动更小、更可靠且成本效益更高的量子计算机的研发，加速量子计算应用的实现。
AWS在近期的一次发布中介绍了Ocelot，这款芯片由加州理工学院AWS量子计算中心的团队开发，并已在AWS的量子计算服务平台Amazon Braket上开放使用。Ocelot采用了一种创新的架构设计，从设计之初就内置了误差纠正机制，并引入了“猫量子比特”技术。这一技术源自经典的薛定谔猫思想实验，能够从根本上减少实现量子误差纠正所需的资源。
Ocelot是一款原型量子计算芯片，目前仍处于测试和研发阶段，主要用于验证AWS量子误差纠正架构的有效性。该芯片由两枚集成硅微芯片构成，每枚芯片的面积约为1平方厘米，通过电气连接形成一个芯片堆。芯片表面覆盖有构成量子电路元件的薄层超导材料，核心组件包括5个数据量子比特（即猫量子比特）、5个用于稳定数据量子比特的缓冲电路，以及4个用于检测数据量子比特错误的额外量子比特。
猫量子比特是Ocelot芯片的关键技术之一，它利用具有确定振幅和相位的类似经典状态的量子叠加来编码量子比特的信息。猫量子比特的一大优势在于其对比特翻转错误具有天然的保护作用，通过增加振荡器中的光子数量，可以显著降低比特翻转错误率。这一特性使得研究人员可以通过增加振荡器的能量，而不是简单地增加量子比特数量，来提升纠错效率。
量子计算机对环境噪声极为敏感，振动、热量、电磁干扰等外部因素都可能导致量子比特偏离其量子态，从而引发计算错误。为了解决这一问题，量子计算机领域发展出了量子误差纠正技术。然而，现有的量子误差纠正方法成本高昂，因为实现准确计算所需的量子比特数量巨大。AWS决定走一条不同的道路，将量子误差纠正作为首要考虑条件来选择量子比特和架构，从而开发出了Ocelot。
Ocelot在超导量子电路方面取得了三项重大技术突破：首先，它首次实现了用于玻色子纠错的可扩展架构，超越了传统量子比特方案在降低纠错开销方面的局限；其次，它首次实现了噪声偏置门，这是构建具有硬件高效性且可扩展、具有商业应用前景的量子计算机所必需的关键技术；最后，它实现了超导量子比特的最先进性能，比特翻转时间不到1秒，相位翻转时间约为20微秒。
Ocelot及其量子纠错性能的测量结果和相关研究成果已在国际科学顶刊Nature上发表。研究报告中提到，Ocelot利用芯片级集成的猫量子比特，构建了一种可扩展且硬件高效的量子纠错架构。这种方案具有三大优势：在物理量子比特层面，比特翻转错误得到了指数级抑制；采用了重复码来纠正相位翻转错误；通过在每个猫量子比特与辅助跨谐振荡量子比特之间实现高度噪声偏置的受控非门，实现了在保持猫量子比特对比特翻转保护的同时，进行相位翻转错误检测。
AWS表示，随着量子研究的最新进展，实际可用的容错量子计算机应用于现实世界已不再是遥不可及的梦想，而是指日可待。Ocelot在这一进程中迈出了重要一步，它大幅减少了误差纠正所需的资源，使得基于Ocelot架构构建的量子芯片成本可能仅为现有方法的五分之一。AWS将继续投资于量子研究，并不断改进其方法，开发新一代Ocelot，以进一步提升性能并降低逻辑错误率。
