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使用傳統的數值方法去求解具有非確定性多項式時間難度的
NP-Hard問題經常失敗，而合成量子系統模擬具有解決此類問題的潛力。法國量子計算公司——Pasqal目前就在開發專為模擬設計的量子處理單元 （QPU），可用於解決以下幾類問題：電動汽車的智慧充電、網路設計、網路管理、網路可靠性和流程創新。
Pasqal 的創始人：Christophe Jurczak、Thierry Lahaye、Georges-Olivier Reymond 和 Antoine Browaeys
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如今，量子處理器可以使用不同的物理體系構建，技術路線包括光量子、離子阱、超導電路、量子點和中性原子等。但無論使用何種方式，設計人員都必須克服兩個主要障礙：
1、保持對量子位元各種引數的高質量控制，2、擴大整合規模，以及驗證這些複雜系統的輸出結果。相比於一般經典器件或其它量子裝置，中性原子器件拓撲結構在許多方面都是獨一無二的。例如，中性原子技術路線可以輕鬆實現更多量子位元和更高連線性的量子暫存器。
Pasqal QPU
量子模擬是
Pasqal的QPU最有前途的應用，其量子處理器可用於觀測特定的量子系統的資訊。正如理查德·費曼 （Richard Feynman）指出的那樣，可以將量子系統用來解決計算量子層面的問題。因此中性原子量子處理器將有助於科學研究，在工業層面有多個應用領域：例如研究新的能量儲存和傳輸材料、藥物開發的化學計算。
Pasqal 的量子處理器大約有一個亭子那麼大
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Pasqal執行長 Georges-Olivier Reymond表示，“Pasqal正在將技術產業化。我們希望打造和銷售可靠的產品，有助於在許多場景下解決複雜的工業問題。”
智慧充電量子解決方案
Pasqal在能源領域的客戶包括法國電力公司 EDF，Pasqal正與EDF合作開發智慧移動創新解決方案（見圖 1）。其應用場景是，滿足擁有大量電動車的城市每日的充電需求。支援充電調配並管理未來的電力需求確實是一個複雜的問題，對於經典計算機而言很難求解。透過量子處理器，Pasqal將成功解決這個問題。
共享電動汽車車隊的充電管理是一個複雜的問題
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“我們正在構建基於中性原子技術的量子處理器。由中性原子組成的量子位元，意味著我們正在操縱一個個地原子來儲存和編碼量子資訊，”Pasqal執行長Georges-Olivier Reymond 說。
“Pasqal的量子暫存器突破了190多個原子，達到了前所未有的系統規模。大量相互作用的量子粒子將使模擬多體量子系統的動力學成為可能，這遠遠超出了當前經典方法的能力。”
根據
Pasqal的說法，這種方法提供了許多優勢。首先，該裝置可以在室溫下工作，不需要冷卻；其次，所有專案在結構上都是相同的，因為它們是自然建造的；第三，Pasqal開發的量子計算機消耗的能量非常低，相當於四個吹風機工作消耗的能量；最後，Pasqal的量子位元可以透過鐳射進行控制，這是一種非常強大的工具，幾乎可以根據任何需要進行定製。
Pasqal透過使用單個鐳射，將其分成多個鐳射束以控制數百個量子位元，從而具備了高度的可擴充套件性。一些來自其他團隊的研究也證明了，這項技術已經能夠控制多達200個量子位元。圖2顯示了一個 14 x 14的中性原子矩陣，對應於196 個量子位元。
一個
14 x 14 原子的矩陣
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“量子位元操控的質量與鐳射束的質量直接相關，例如在頻率穩定性方面。我們正在使用同類中最好的鐳射器以及一些穩定性技術，以確保對量子位元的高效操控。”雷蒙德說。
圖MIS問題與風電場生產效率
Pasqal表示，除了模擬量子系統演化過程之外，Pasqal量子處理器已經可以解決一些高計算複雜度的問題，此類問題用經典計算機求解效率很低。經典計算機計算效率低下的Hard問題，例如，圖的最大獨立集（MIS）問題，在網路設計和金融都有很多的應用，當節點規模變大時，經典計算機難以求解。而Pasqal量子處理器透過一組相互作用的中性冷原子，每個原子可代表所求解的圖的一個頂點，可以用來解決MIS問題。
探索圖的獨立集合以搜尋其
MIS（圖片來源：網路）
除了智慧充電，還有其他與能源相關的問題，例如如何模擬和最佳化在不同風況、風力渦輪機數量和不同佈局下的風力電場生產效率？透過在量子處理器上模擬執行，可以有效解決風力電場生產調配問題。
“用原子去模擬風力電場，這絕對是出乎意料的。我們相信能源行業將是受量子技術影響最大的行業。”Reymond說。
目前，
Pasqal正在組裝其第一臺200量子位元的計算機。儘管如此，Pasqal深知只有達到1000個量子位元才能提供足以實現工業量子優勢的算力。因此，Pasqal的下一步是努力擴充套件量子位元的數量。
Reymond表示，“這是一個巨大的挑戰，但Pasqal
有望在
2023年前交付1000 個量子位元的處理器。作為一項新的技術，我們正在為客戶提供交鑰匙解決方案：包括了具有全棧解決方案的硬體，以及重要的應用程式，能滿足客戶在應用中的需求。”
編譯：李每
編輯：王衍