量子计算技术探索与容错系统构建

Nadia Carlsten 推动某中心追求量子突破

这位负责量子计算中心硬件与软件产品开发的高级产品经理，致力于使容错量子计算成为现实。

作者：Staff writer，2022年3月17日，阅读时长5分钟

当 Nadia Carlsten 三年前加入某中心时，她并未预料到自己会从事量子计算工作。事实上，当时公司尚未公开披露其量子研究项目。但她始终追随自己的求知兴趣，这正是某中心吸引她的原因。“我知道这是一个让我永远不会在智力上感到无聊的地方，”Carlsten 说，“领导原则之一是‘求知若渴’。这与我产生了强烈共鸣，因为我觉得自己生活中的大多数决定都是这样做出的。”

作为某机构量子计算中心的产品负责人，Carlsten 正处于某些类型信息处理与传输潜在变革的前沿。然而，在加州大学伯克利分校攻读工程博士学位期间，她专注于更传统的芯片制造技术，以开发复杂的微机电系统。

她如何对量子计算产生兴趣？“就像所有量子事物一样，这有点反直觉，”她说。

由兴趣而非标签驱动

Carlsten 喜欢构建东西，这让她在弗吉尼亚大学获得物理和化学双学士学位后，作为研究生在伯克利设计并制造微芯片。“我非常享受亲眼看到自己亲手构建的东西，”她说。出于对她所创造芯片商业应用的好奇，她开始在伯克利哈斯商学院上课，该学院就在她实验室的街对面。她在教授 Henry Chesbrough（以创造“开放创新”一词而闻名）的课上表现优异，以至于教授鼓励她选修更多商业课程。她听从了建议，白天上MBA级别的课程，晚上完成论文——这个决定最终塑造了她的职业生涯。她没有按计划去追求博士后研究职位，而是接受了埃森哲的咨询工作，开启了处于新兴技术与商业交叉领域的职业生涯。

从那时起直到现在，Carlsten 从未让标签或感知到的障碍阻碍自己。“我一直只做我感兴趣的事情，”她说，“只要我认为这是一个学习的机会，我就不关心它是否符合某种框框，我也不害怕自己会失败。”

向量子领域的跨越

Carlsten 在国土安全部获得了更多接触量子计算的机会——由于量子计算有潜力颠覆当前的密码学方法，它是一个热门的网络安全话题。她于2016年作为网络安全项目经理加入该机构，后来成为商业化主任。

在2019年国土安全部科技局的创新展示会上，她发表了关于新兴技术商业化的演讲，某中心与她接触，探讨加入公司的可能性。同年4月，她接受了某机构 ISV 加速团队战略与运营负责人的职位。在此职位上，她帮助拥有独特技术需求（如监管或安全考量）的客户采用和实施产品。

但量子计算仍然是她的热爱。她利用业余时间继续学习，并定期询问公司进入量子领域的计划，最终了解到内部构建某量子服务的努力。这项服务提供对不同类型量子计算机的访问，旨在加速量子计算的科学研究和软件开发。

Carlsten 于2020年2月作为高级技术产品经理加入该量子服务团队，为量子客户打造产品，并准备将其作为通用可用服务推出。去年，她担任了目前的职务，专注于某机构更长期的量子技术战略。

她说，十年前关于量子计算的讨论主要局限于科学家和工程师的领域。“现在量子计算在商业领域已经足够引人注目，对实际应用感兴趣的人正在关注并投资于它，”她说，“无论是进行财务投资，还是只是学习更多以建立内部专业知识。”

Carlsten 的部分工作就是找出量子计算的实际应用。例如，量子计算机可以模拟复杂的自然现象，如分子的行为。这种能力将与制药和材料开发相关。但这样的场景还需要数年时间，因为当今的量子计算机仍然是不完美的机器。

某机构的量子计算方法

Carlsten 的团队正在攻关量子计算的圣杯：一台容错量子计算机，这将使得运行商业应用所需的复杂算法成为可能。Carlsten 解释说，这涉及两个主要挑战：一是扩大量子比特的数量——量子比特相当于经典计算机上的比特；二是提高这些量子比特的质量以降低设备的错误率。

量子比特可以由自然界中的粒子（如光子）制成，也可以用超导材料构建。量子比特也更容易受到与周围任何事物相互作用的干扰。

某机构量子计算中心的研究人员正致力于通过两种方式解决量子错误率问题：一种是构建更好的量子比特；另一种是量子纠错，即在错误发生时检测并修复错误，使其不会在计算过程中累积。

许多子系统都参与这项工作，从量子比特本身，到控制计算机的软件，再到将量子比特保持在约10毫开尔文（比外太空更冷，约-460°F）的低温系统。

“在达到商业规模的容错量子计算机之前，还需要经历许多不同的技术里程碑，”Carlsten 说，“作为一名产品经理，这非常令人兴奋，因为它需要一个非常雄心勃勃的产品路线图。”

与传统产品相比，这条量子路线图的目标更加开放，但这正是 Carlsten 热爱这份工作的部分原因。她一直在模糊性中茁壮成长，部分原因在于她能够将非常复杂的技术转化为商业价值。

像量子计算这样尖端的技术，为公司范围内“客户至上”的准则带来了独特的转变。“对于量子计算，你必须考虑未来的应用会是什么，因为客户目前无法确切告诉你他们将如何使用量子计算机，”Carlsten 说，“思考那些更具战略性的长期可能性，才是让我对这个角色保持热情的真正原因。”FINISHED