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Alice&Bob公司是一家使用cat量子比特制造容错量子计算机的公司。近日，Alice&Bob的CEO兼联合创始人Théau Peronnin（以下简称T）接受了记者Yuval Boger（以下简称Y）的采访，他俩对“猫态量子比特”是什么、为什么可以防止位翻转错误、利用这些新计算机所需的软件类型等问题进行了讨论。

Alice & Bob 的联合创始人Raphaël Lescanne (左)和Théau Peronnin (右)。（图片来源：N. HOPPENOT/SP）

Y：请先向大家自我介绍一下。

T：我是Théau Peronnin，Alice&Bob的首席执行官兼联合创始人。我们正在构建一个通用型容错量子计算机，致力于将其算力商业化。

Y：很多公司都有构建通用型容错量子计算机的目标，您的技术有何独特之处？

T：在Alice&Bob，我们正在使用著名的超导电路平台构建量子计算机。但在超导这一子领域内，我们是一个风格迥异的参与者。我们使用的是“猫态量子比特”，这是一种特殊的超导量子比特。理论上，“猫态量子比特”可以更稳定，防止位翻转错误。可以利用这种特性来设计一种完全容错的量子计算机，它具有更简单、更少的冗余和开销的特征。所以它确实是一种容错的“快车道”。

Y：在我们介绍技术细节之前，您提到了“快车道”。这个“快车道”有多快？您希望什么时候拥有能对这些常见位翻转错误具备容错能力的计算机？

T：Alice&Bob目前的目标是交付第一个逻辑量子比特，至少在明年展示它的所有关键部件。所以它的进展很快。那将证明我们可以纠正位翻转错误。而现在的挑战是纠正剩余的相位翻转错误。在量子计算中有两类错误：位翻转和相位翻转，纠正它们同样重要。我们面临的真正挑战是真正摆脱退相干。要设计一个系统以使其保持量子态，并在很长一段时间内保持相干。我们的目标是明年实现这样的系统。此后根据我们的能力，进一步扩大系统规模，并从这些基本模块中设计大规模容错量子计算机。

Y：您能否给我们科普一下什么是“猫态”，什么是“猫态量子比特”？

T：“猫态”是以薛定谔的猫的思想实验命名的。这个思想实验非常有趣，说明计算有点脱离现实。在这个思想实验中有一个盒子，在里面放了一只猫，有一些特殊的技巧，可以将放射性原子连接到一个机关上，该机机关如果检测到原子发生了放射性衰变，就会触发毒药，从而杀死里面的猫。但是在理论上，该原子是一个量子化的粒子，处于衰变和未衰变的叠加态中。这就意味着这只猫——宏观的生物体——处于叠加态。显然这只是一个思想实验，不是我们在实验室中所做的。

在我们实验室里没有猫受到伤害。我们所拥有的是谐振子中的“猫态”。更简单地说就是一个谐波振荡器，就像一个钟摆一样，处于两种经典状态的叠加中。通常具有明确定义的相位和振幅的状态被称为谐振子的相干态。因此，一个超导的“猫态量子比特”简单来说只是一个谐振器，就是一个芯片上的天线，在那里有两个振幅相同但相位相反的电磁波的叠加。严格来说这就是一种“猫态”，因此得名“猫态量子比特”。

Y：为什么“猫态量子比特”更容易纠正这些错误呢？

T：大约十年前我们所在的巴黎研究群体取得了突破，我们意识到这些“猫态”实际上是可以稳定存在的。它们可以通过精心设计的耗散来稳定下来，一些奇异的耗散可以与环境两个两个地交换光子，所以，在理论上存在通过成对的光子与环境交换能量的谐振器。但这种状态在自然界中并不存在，必须要人工制备。当我们这样做时，可以通过遍历整个图，就会发现如果“猫态量子比特”从这两种相干状态之一开始时，或者说，一个给定的相位或一个振幅开始。此时变换到相反的相位是具有指数难度，因为这么做意味着使“猫态量子比特”在其布洛赫球上做一个位翻转。

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因此，从某种意义上说，这确实是范式的转变：业内大多数量子计算参与者都试图尽可能的将他们的量子比特与环境隔离开，而我们Alice&Bob是尝试将量子比特尽可能多地耦合到环境中。但是这需要通过一个非常明确的能够交换能量的通道，不断地补充谐振器的能量同时不交换信息，因此不会引起退相干。这确实是我们在Alice&Bob追求的技巧。

Y：所以你的量子比特不同于常规超导量子比特。那么它们采用哪种门进行计算？都有哪些单量子比特或双量子比特门？它们是否也有很大的不同？

T：“猫态量子比特”的门操作将变得更加棘手。所以我之前描述的是“偏置噪声量子比特”，意思是位翻转很少但相位翻转很多的量子比特。在这个意义上，它有一个偏好噪音。而我们Alice&Bob纠错的思路是通过冗余来纠正剩余的相位翻转。因此，这意味着纠错码将是一个简单的一维纠错码，仅用于纠正剩余的相位翻转。但必须能假设没有在混合中引入任何位翻转。回到你的问题，这意味着你将在物理层面上做的所有门操作都必须保留这种噪声偏好。

这些操作不应该引入一些新的不可纠正的位翻转。例如，我们没有物理意义上的Hadamard门。尽管Hadamard门是量子计算中最常见的门之一，但它会将位翻转变为相位翻转，反之亦然。因此我们不能在物理层面上实现这一点。

因此，我们在可以采用的物理门上有所不同。我们仅限于所谓的偏差保持门，使用这些偏差保持门我们能够执行纠错码。在逻辑量子比特级别，我们可以拥有一组通用门并重新创建Hadamard门——实际上，我们在2020年发布了这些路线图。来自AWS的竞争对手也在他们的路线图中表达了在“猫态量子比特”上的偏差保持门上的愿景。

Y：其他基础设备怎么样？您是否还需要低温冷却到与常规超导量子比特基本相同的温度？

T：完全正确。所以我们的设备非常庞大，在实验室，它与任何其他超导电路的基础设施都类似，这意味着我们有稀释制冷机、微电子机架，还有FPGA板来生成信号。主要区别在于复杂程度或我们的目标物理量子比特数。考虑到我们的每个物理量子比特——每个“猫态量子比特”都已经在纠正它的一些错误，所以我们将需要更少的冗余物理量子比特，实际上，我们用于构建逻辑量子比特的物理量子比特要比普通超导量子计算机少几个数量级。尽管从冷却能力、输入的微波线路数量、控制电子设备的数量上，我们需要构建一个大型量子计算机。但是我们在超导路线中地位较低，我们能利用超导电路平台的生态系统在扩展方面的成果，但同时需要的成本更少，系统更为简单。所以这绝对是一家初创公司可以做到的。与我们的一些竞争对手相比，我们绝对是一个小玩家。

Y：IBM是领先的超导量子比特供应商或超级计算供应商之一，他们计划发布1,000量子比特芯片。现在，假设你有截然不同的纠错方案，如果你想在你的芯片上运行与IBM1,000量子比特芯片大致相同的应用程序，那么等效的量子比特数量是多少？

T：我们竞争对手在某些硬件上所运行的应用程序或算法，实际上是执行纠错代码并尝试构建一个逻辑量子比特，并将错误率从10-6减少到10-9，这样才明确证明实现了真正的指数加速。因此，通常超导电路的表面代码纠错方法所需的数量，约为30个物理量子比特的30倍。因此，大约1,000个物理量子比特仅可以从表面代码架构中构建一个逻辑量子比特。“猫态量子比特”在相同的假设水平下，实际上只需要纠正一个错误。所以你实际上只需要一行物理量子比特，只需30个。

所以粗略的说法是，在量子比特开销方面我们获得了一个平方根因子。但这只是一个非常粗略的说法，因为我们需要考虑如何做非默认的门，如何保持猫态的稳定，以及对所有出现在上面的奇异事物进行纠错。但数量级绝对在这个范围内。

Y：如果可以的话，请告诉我公司有多少人？融资情况如何？你们什么时候开始运营的？

T：我与联合创始人Raphaël Lescanne在2020年2月成立了Alice&Bob。那时我们刚刚在Nature Physics上发表了对位翻转的指数抑制的第一个演示。因此，我们与法国风险投资公司以300万欧元的种子轮启动了Alice&Bob。两年多后，我们现在将近60岁，到今天为止，我们向风险投资公司完成了总计3000万美元的融资，其中大部分是法国公司。我们正在朝着技术突破，也就是实现量子计算的“Sputnik”时刻（实现逻辑量子比特）的方向努力。我们的核心目标是明年在云端交付第一个逻辑量子比特。

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Y：我了解到IBM迄今为止投资了大约15亿美元来构建他们的量子计算软硬件。当然我不认为您打算用这个数量的平方根来建造您的量子计算机。您是否还需要数亿美元才能达到成熟的技术水平？

T：我们非常相信可以用更少的东西做出成果。我们正在选择这场战斗。就像任何一家初创公司一样，必须一步步走，并在每一步都让投资者相信我们确实值得投资：合适的人选，合适的团队，合适的技术。这一切都与节奏有关。我们试着安排公司的成长节奏，不要过于激进，不要因为自己规模过大而崩溃。但是毫无疑问，我们也必须像竞争对手一样扩大规模。我们相信，就公司的技术成熟度和增长而言，我们将准时为最终用户按时提供实际的指数级计算加速。

Y：我们处于NISQ时代，许多软件算法假设存在噪音，所以现在有混合算法。可以说，“由于相干性等原因，我不能运行纯量子的超级复杂算法。”您是否愿意采用这些混合算法，还是可能不考虑利用现有含噪音的算法而重新开发？

T：我们虽然不确定很多事情，但我们可以肯定的是，一旦硬件达到足够的性能水平，并有足够好的逻辑量子比特，那就可以选择保证指数加速的算法。另一个关键因素是现有经典计算机非常好。因此，要在真正的现实世界任务中击败它们，您实际上需要的不仅仅是二次加速，需要指数级加速才能在未来十年中展示量子优势。因此，考虑到这些因素，我们在Alice&Bob上选择的方向是专注于避免退相干，提供一个既可扩展又能抵抗噪音的平台，并优先针对这些用例进行算法开发。

Y：应用程序是您公司的重点吗？还是您依赖协作，而Alice&Bob的重点只是完成硬件？

T：我们是一家硬件公司。我们正在做的事情包括，量子比特控制理论、真正的底层数学，操作设备以及编码量子计算机的偏差。但我们不做量子算法软件。为此，我们与具有非常好的专业知识的伙伴进行合作，以利用我们的硬件完成计算。我们专注于构建一个硬件平台，我们的合作伙伴可以通过该平台为客户创造实际价值。我们愿意在这方面进行更多合作。

Y：我们今天的谈话接近尾声，我很好奇一个问题：如果您可以与量子计算领域的任何人共进晚餐，无论他是否在世，您最想和谁共进晚餐？

T：从我个人角度而言，我很早就投身于物理学，因为我是理查德·费曼(Richard Feynman)的忠实粉丝。量子计算领域的所有工作都以理查德·费曼在帮助他儿子时的一句话开始的。当时他正在建造经典计算机，也意识到开始研究量子力学可能会很有趣。我真的很想知道他对我们前进方向的最新观点，以及希望量子计算或量子信息能够带来科学上的哪些进步，就像经典计算以一种非常通用的方式推动了统计物理学和很多科学领域的进步一样。所以我希望与费曼一起共进晚餐。

Y：最后，人们如何与您取得联系，以更多地了解您的工作呢？

T：在我们的网站alice-bob.com上有着非常方便的联系方式。我们在大多数社交网络上也有账号。我们是一家由物理学家为物理学家创建的公司，所以我们仍在发表很多论文，你肯定能在学术会议上见到我们。

Y：非常感谢您今天接受我的采访。

T：也非常谢谢你，Yuval。

编译：王珩

​编辑：慕一